GprMax中文GprMax2d的使用說(shuō)明書

...wd......wd......wd...GprMax中GprMax2D的使用方法V1.3實(shí)驗(yàn)環(huán)境：操作系統(tǒng)：Windows7軟件版本：MATLAB7.1&GprMaxV2.0參考資料：[1]UserGuideV2.pdf一、GprMax2D軟件使用1.1直接運(yùn)行..\GprMaxV2.0\Windows文件夾下的GprMax2D.exe文件，會(huì)出現(xiàn)以下窗口(也可以在命令提示符窗口輸入命令運(yùn)行)：1.2輸入文件名注意：要輸入文件的全路徑；*.in文件只要出現(xiàn)任何語(yǔ)法錯(cuò)誤或者路徑錯(cuò)誤，軟件都會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，不會(huì)有任何錯(cuò)誤提示。出現(xiàn)以下畫面(以自帶例子文件bre1.in為例，*.in的命令參考前面的文章或[1])：運(yùn)行完畢會(huì)發(fā)現(xiàn)..\GprMaxV2.0\Windows文件夾下多了兩個(gè)文件bre1.out、bre1.geo文件，復(fù)制到tools文件夾。二、數(shù)據(jù)成像tools文件夾下有五個(gè)m文件：gprmax.m，gprmax2g.m,gprmax3g.m,gprmaxde.m,gprmaxso.m。這里只講gprmax2g.m，gprmax.m這兩個(gè)文件的用法，其他三個(gè)以后有空再寫。gprmax3g.m是處理GprMax3D的幾何數(shù)據(jù)的；gprmaxde.m用來(lái)計(jì)算Debye公式(參考[1])介電常數(shù)的；gprmaxso.m用于計(jì)算鼓勵(lì)函數(shù)的。2.1gprmax2g.m的使用方法gprmax2g函數(shù)用于讀取GprMax2D軟件仿真探地雷達(dá)模型生成的二進(jìn)制幾何數(shù)據(jù)。gprmax2g函數(shù)的原型：[mesh,header,media]=gprmax2g('filename')filename是.geo文件名；media:存儲(chǔ)介質(zhì)類型，media.type；header:存儲(chǔ)模型的幾何參數(shù)；header.title:模型的名稱；header.dx:模型在X軸每次偏移大小(單位:m)；header.dy:模型在Y軸每次偏移大小(單位:m)；header.dt:最大允許時(shí)間步長(zhǎng)(單位:秒)；header.nx:模型在X軸的偏移次數(shù)；header.ny:模型在Y軸的偏移次數(shù)；例子：如輸入文件*.in中定義：#domain:2.50.65#dx_dy:0.00250.0025那么：header.dx=0.0025;header.dy=0.0025;header.dt=1/(c*sqrt(1/header.dx^2+1/header.dy^2));(其中c=299792458，為光速，公式參考[1]);header.nx=2.5/0.0025=1000;header.ny=0.65/0.0025=260;mesh:存儲(chǔ)模型數(shù)據(jù)，MxN的數(shù)組，其中M為Y軸方向的Yee單元數(shù)目，N為X軸方向的Yee單元數(shù)目；M=header.nx，N=header.ny；gprmax2g.m的使用例子：filegeo='bre1.geo';[meshdata,header,media]=gprmax2g(filegeo);figure(1);[MM,NN]=size(meshdata);imagesc((1:NN)*header.dx,(1:MM)*header.dy,meshdata)axis('equal');xlabel('x(m)');ylabel('y(m)');2.2gprmax.m的使用方法gprmax函數(shù)用于讀取GprMax2D與GprMax3D軟件仿真探地雷達(dá)模型生成的二進(jìn)制波形數(shù)據(jù)。gprmax函數(shù)的原型：[Header,Fields]=gprmax('filename')filename是.out文件名；1)Header：該變量包括以下成員：Header.title:模型的名稱；Header.iterations:迭代次數(shù)；Header.dx:在X軸每次偏移大??；Header.dy:在Y軸每次偏移大?。籋eader.dt:最大允許時(shí)間步長(zhǎng)；Header.NSteps:仿真次數(shù)；等于*.in文件中#analysis:命令的第一個(gè)參數(shù)；例子：如輸入文件*.in中定義：#domain:2.50.65#dx_dy:0.00250.0025#time_window:12e-9……#analysis:115bre1.outb#tx:0.08750.4525MyLineSource0.012e-9#rx:0.11250.4525#tx_steps:0.020.0#rx_steps:0.020.0#end_analysis:……那么，Header.iterations=ceil(Header.removed/Header.dt)；Header.dx=0.0025；Header.dy=0.0025；Header.dt=1/(c*sqrt(1/Header.dx^2+1/Header.dy^2));Header.NSteps=115；Header.TxStepX=0.02/Header.dx=8;Header.TxStepY=0.0/Header.dy=0;Header.RxStepX=0.02/Header.dx=8;Header.RxStepY=0.0/Header.dy=0;Header.ntx:Header.nrx:Header.nrx_box:Header.tx=0.0875/Header.dx=35；Header.ty=0.4525/Header.dy=181；Header.source=’MyLineSource’；Header.delay=0；(等于#tx:命令的第四個(gè)參數(shù))Header.removed=12e-9；(等于#tx:命令的第五個(gè)參數(shù))Header.rx=0.1125/Header.dx=45；Header.ry=0.4525/Header.dy=181；2)Fields:該變量包括以下成員：Fields.t:每個(gè)波形的時(shí)間軸。數(shù)組大小Header.iterations*1；Fields.ez:Z軸方向磁矢量數(shù)據(jù)。數(shù)組大小Header.iterations*1*Header.NSteps；Fields.hx:X軸方向電矢量數(shù)據(jù)。數(shù)組大小Header.iterations*1*Header.NSteps；Fields.hy:Y軸方向電矢量數(shù)據(jù)。數(shù)組大小Header.iterations*1*Header.NSteps；由于GprMax仿真是基于FDTD算法的，以上三者的關(guān)系為：詳細(xì)可參考FDTD算法的相關(guān)文獻(xiàn)。gprmax.m的使用例子：fileout='bre1.out';[Header,Fields]=gprmax(fileout);N=1:Header.NSteps;%移動(dòng)次數(shù)Position=Header.dx*Header.tx+(N-1)*(Header.dx*Header.TxStepX);%天線每次所在位置Data(:,:)=Fields.ez(:,1,:);%轉(zhuǎn)換數(shù)組格式figure(2);imagesc(Position,Fields.t*1e9,Data);%畫圖colorbarxlabel('AntenaPosition(m)');ylabel('t(ns)');GprMaxV2.0中GprMax2D輸入文件的命令實(shí)驗(yàn)環(huán)境：操作系統(tǒng)：Windows7軟件版本：MATLAB7.1&GprMaxV2.0參考文獻(xiàn)：GprMaxV2.0軟件manual文件夾下的UserGuideV2.pdf。GprMaxV2.0下載地址：:///Download.html說(shuō)明：翻譯得不好，還望大家見諒，因?yàn)槲乙彩沁吙催呑g的。3.1GprMax2D命令的一般本卷須知為了描述GprMax2D/3D命令及其參數(shù)，我們作以下約定：f表示浮點(diǎn)數(shù)(如1.5或15e-1、1.5e1)i表示整數(shù)c表示字符str表示字符串file表示輸入文件名所有空間距離的根本單位為米所有時(shí)間的根本單位為秒所有頻率參數(shù)的根本單位是Hz3.2GprMax2D2.0版本共有32條命令：#title: #domain:#dx_dy:#time_step_stability_factor:#time_window:#messages:#number_of_media:#nips_number:#media_file:#geometry_file:#medium:#abc_type:#abc_order:#abc_stability_factors:#abc_optimization_angles:#abc_mixing_parameters:#pml_layers:#box:#cylinder:#x_segment:#y_segment:#triangle:#analysis:#end_analysis:#tx:#rx:#rx_box:#snapshot:#tx_steps:#rx_steps:#line_source:#excitation_file:以下可以運(yùn)行于GprMax中的命令在GprMax2D版本2.0中將不再支持：#scan:#csg:#extra_tx:另外，一些命令的舊的參數(shù)規(guī)則亦發(fā)生了變化：#tx:#snapshot:3.3GprMax2D命令參數(shù)為了更好地介紹GprMax2D命令，我們將它們分成四類：一般命令：包括用于指定的大小和模型的離散ABC相關(guān)命令:允許定制和優(yōu)化吸收邊界條件介質(zhì)和對(duì)象的構(gòu)造命令:用不同的參數(shù)來(lái)在模型中引入不同的介質(zhì)和構(gòu)造簡(jiǎn)單的幾何形狀鼓勵(lì)和輸出命令：用來(lái)放置源代碼和模型的輸出點(diǎn)運(yùn)行GprMax2D最低限度的命令如下：?#domain:?#dx_dy:?#time_window:?至少一個(gè)#analysis:及與其對(duì)應(yīng)的完畢命令#end_analysis:至少一個(gè)#tx:與#rx:，或者#rx_box:命令?為了使#tx:命令正確運(yùn)行，同時(shí)需要一行新的#line_source:命令3.3.1一般命令#title:模型的題目#title:strStr即是模型的題目，必須是單行的。#domain:模型的范圍(單位：米)#domain:f1f2f1與f2分別代表x和y軸上的量度大小#domain:1.01.5表示1.0*1.5的大小范圍#dx_dy:表示x和y軸上的偏移量(如△x、△y)#dx_dy:f1f2表示x軸偏移f1和y軸方向上偏移f2#domain:1.01.5#dx_dy:0.10.1則模型的單元數(shù)為10*15#domain:1.01.5#dx_dy:0.010.01則模型的單元數(shù)為100*150最大允許時(shí)間步△t與△x、△y的約束關(guān)系如下：(3.1)C為光速，GprMax2D中計(jì)算△t使用3.1式等號(hào)。#timestepstabilityfactor:通過該命令，你可以修改GprMax2D所計(jì)算的△t的值，但必須滿足3.1式的要求。#time_window:用于指定所需的總的模擬時(shí)間。語(yǔ)法：#time_window:f1或者#time_window:i1總的迭代次數(shù)和模擬時(shí)間窗口：(3.2)#number_of_media:但你需要使用大于10個(gè)介質(zhì)時(shí)必須使用該命令，因?yàn)镚prMax2D只初始化了10個(gè)介質(zhì)的使用空間。#number_of_media:i1i1大于10。#media_file:使用該命令，你可以定義常用介質(zhì)所描述的構(gòu)造參數(shù)的文件路徑與名稱。#geometry_file:使用該命令，你可以定義模型的幾何信息的二進(jìn)制文件。這些信息可以用于創(chuàng)立模型的圖像與檢查創(chuàng)立的正確與否。#geometry_file:model.geo#messages:使用該命令，你可以控制軟件運(yùn)行時(shí)在屏幕上的輸出信息。#messages:c1#nips_number:該命令僅當(dāng)在GprMax2D需要時(shí)才用于你的輸入文件中。#nips_number:i14.1GPRMAX3D命令一般注釋大多數(shù)能夠用在GPRMAX3D的命令幾乎和GPRMAX2D是一樣的。但是，有一些命令是GPRMAX3D獨(dú)有的。為了簡(jiǎn)明扼要，這里只論述與GPRMAX2D不同的命令。根本的空間和暫時(shí)離散步驟分別為△t和△x，△y，△z。4.2命令清淡在版本2里面，GPRMAX3D一共有42個(gè)命令用在3DGPR建模中。他們是：#title：#domain:#dx_dy_dz:#time_step_stability_factor:#messages:#number_of_media:#nips_number:#media_file:#geometry_file:#medium:#abc_type:#abc_order:#abc_stability_factors:#abc_optimization_angles:#abc__mixing_parameters:#pml_layers:#box:#cylinder:#cylinder_new:#cylindrical_segment:#sphere:#plate:#edge:#triangle:#bowtie:#thin_wire:#analysis:#end_analysis:#tx:#rx:#rx_box#snapshot:#tx_steps:#rx_steps:#huygens_surface:#hertzian_dipole:#voltage_source:#transmissio_line:#plane_wave:#excitation_file:4.3GPRMAX3D命令參數(shù)為了更好地介紹GprMax2D命令，我們將它們分成四類：1.一般命令：包括用于指定的大小和模型的離散2.ABC相關(guān)命令:允許定制和優(yōu)化吸收邊界條件3.介質(zhì)和對(duì)象的構(gòu)造命令:用不同的參數(shù)來(lái)在模型中引入不同的介質(zhì)和構(gòu)造簡(jiǎn)單的幾何形狀4.鼓勵(lì)和輸出命令：用來(lái)放置源代碼和模型的輸出點(diǎn)4.3.1一般命令#title：與GprMax2D用法形同#domain：用來(lái)指定模型的尺寸〔單位：米〕#domain：f1f2f3f1，f2和f3分別是模型x，y，z方向上的大小#dx_dy_dz:指定x，y，z方向上的增量#dx_dy_dz:f1f2f3f1是空間步x方向上的增量，f2是空間步y(tǒng)方向上的增量，f3是空間步z方向上的增量?？臻g離散化控制最大允許時(shí)間步△t和為了到達(dá)所需要仿真時(shí)間窗而提出的解決方案?！鱰和△x，△y，△z之間的關(guān)系是：〔4.1〕其中c為光速。在GPRMAX3D中，上式取等號(hào)。4.1中，一個(gè)小的△x，△y，△z值導(dǎo)致△t得小值，這個(gè)△t小值意味著為了到達(dá)所給的仿真時(shí)間而需要更多的迭代次數(shù)。但是，需要指出更小的△x，△y，△z和△t值會(huì)讓模型更準(zhǔn)確。#time_step_stability_factor：用法與GPR2D的一樣?？梢孕薷摹鱰的值。#time_window：用法與GPR2D的一樣。#number_of_media:用法與GPR2D的一樣。#geometry_file：用法與GPR2D一樣。#messages：用法與GPR2D一樣。#nips_number：用法與GPR2D一樣。僅當(dāng)GPRMAX3D被要求用時(shí)，才必須用到他。4.3.2ABC相關(guān)命令在GPRMAX3D這些影響HigdonABCs配置和性能的命令與GPRMAX2D用法一樣。但是，GPRMAX3D用了更有力的PMLABC。#abc_type:pml#abc_type:higdon可以設(shè)置ABC的默認(rèn)參數(shù)。#pml_layers:i1i1是pml所占Yee單元的數(shù)目。默認(rèn)值為8。所占用的Yee單元數(shù)越多，PML性能越好，但是所花的計(jì)算資源也越多。而且，有兩點(diǎn)要注意：a〕PML是幾何模型的一局部。但是，PML層里的域不參與計(jì)算并且用他們來(lái)計(jì)算就是錯(cuò)的。因此，不要把源和接收器設(shè)置在這個(gè)區(qū)域。PML的深度是用YEE單元來(lái)度量而不是距離。b〕注意：當(dāng)前PML僅用于非磁介質(zhì)。因此，如果你的模型需要用到磁性參數(shù)，你必須用HigdoonABC而不是PML。4.3.3介質(zhì)和對(duì)象的構(gòu)造命令在GPRMAX3D中，這些命令用來(lái)容易的引入模型中不同的介質(zhì)和介質(zhì)構(gòu)造。在處理一般命令之后，GPRMAX3D建設(shè)一個(gè)初始化為freespace〔air〕任意尺寸的模型。注意，freespace和pec已經(jīng)被定義在GPRMAX3D中,你不必再去定義這兩種介質(zhì)。因此，關(guān)鍵詞free_space和pec能夠直接用而不需要再定義參數(shù)。其他介質(zhì)他們的參數(shù)必須通過下面之一來(lái)設(shè)置：l#media_file：命令包含各種各樣的經(jīng)常用的介質(zhì)的定義〔見附錄A〕l#medium：輸入文件中的命令#medium：和GPRMAX2D中的用法一樣。而且，同一種介質(zhì)文件能夠不改變他們的構(gòu)造下既用到GPRMAX2D又用到GPRMAX3D#thin_wire：引入細(xì)電線模型。細(xì)電線被用作介質(zhì)標(biāo)示符給#dege：對(duì)象構(gòu)造命令。#thin_wire：f1str1f1是電線的半徑，而且為了建設(shè)適宜的細(xì)電線的物理模型，必須必△l小。Str1是介質(zhì)ID。Thinwire被認(rèn)為是pec。例：#thin_wire：0.001MyWire#box：f1f2f3f4f5f6str1f1f2f3是左下角坐標(biāo)，f4f5f6是右上角坐標(biāo)。Str1是#medium：定義的標(biāo)示符。#plate：f1f2f3f4f5f6str1f1f2f3是金屬板左下角坐標(biāo)。f4f5f6是金屬板右上角的坐標(biāo)。str1是介質(zhì)標(biāo)示符。#triangle：三角行塊。#triangle：f1f2f3f4f5f6f7f8f9str1f1f2f3，f4f5f6，f7f8f9分別是三角形的三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)。str1是介質(zhì)標(biāo)示符。#bowtie：蝴蝶天線。由兩個(gè)三角形塊組成#bowtie：c1c2f1f2f3f4f5str1C1是蝴蝶天線的方向，x，y或者z。c2是剩余的方向。F1，f2，f3是天線饋電點(diǎn)的x，y，z坐標(biāo)。F4是天線元的長(zhǎng)度〔完整蝴蝶天線長(zhǎng)度的一半〕。f5是展開角。Str1是介質(zhì)標(biāo)示符。#edge：一個(gè)天線。這個(gè)天線僅僅是YEE元的邊緣，當(dāng)建設(shè)電阻或者細(xì)電線是能夠用他。#edge：f1f2f3f4f5f6str1F1f2f3是邊緣的起始坐標(biāo)，f4f5f6是邊緣完畢坐標(biāo)。Str1是介質(zhì)標(biāo)示符。#cylinder：有限維的3D圓柱模型。#cylinder：c1f1f2f3f4f5str1C1是圓柱軸的方向，可以是x，y或z。f1和f2分別是圓柱軸上下坐標(biāo)。F3，f4是其他重要坐標(biāo)用來(lái)表示兩個(gè)圓柱的圓形面的中心。lX方向的圓柱〔f1，f3，f4〕為〔x1，y，z〕，〔f2，f3，f4〕為〔x2，y，z〕ly方向的圓柱〔f3，f1，f4〕為〔x，y1，z〕，〔f3，f2，f4〕為〔x，y2，z〕lz方向的圓柱〔f3，f4，f1〕為〔x，y，z1〕，〔f3，f4，f2〕為〔x，y，z2〕f5是圓柱圓盤的半徑，str1是介質(zhì)標(biāo)示符。#cylinder_new：有限維3D圓柱。與#cylinder：不同的是，它的軸向可以是任意的。#cylinder_new：f1f2f3f4f5f6f7str1F1f2f3是圓柱底面圓心的坐標(biāo)，f4f5f6是圓柱頂面的圓心坐標(biāo)。F7是圓柱底面半徑。Str1是介質(zhì)標(biāo)示符。#cylindrical_segment：圓柱的一段。#cylindrical_segment：c1f1f2f3f4f5str1c2f6f7C1是圓柱的軸向，可以是x，y，z。f1,f2是圓柱軸向上部和下部的坐標(biāo)。F3，f4是表示圓柱頂，底部的其他兩個(gè)坐標(biāo)。F5是頂，底部半徑。C2是片段變化的方向。F6，f7是片段起始和完畢點(diǎn)。#sphere：球體。#sphere：f1f2f3f4str1F1f2f3是球心坐標(biāo)f4是球半徑。Str1是介質(zhì)標(biāo)示符4.3.4鼓勵(lì)和輸出命令#excitation_file：允許用戶指定單個(gè)包含能夠鼓勵(lì)模型的幅度值的清單ASCII文件。這些值至少要和迭代次數(shù)相等。#excitation_file：str1Str1是ASCII文件的名字。例：#excitation_file：mysource.dat#hertzian_dipole：定義最簡(jiǎn)單的鼓勵(lì)。#hertzian_dipole：f1f2str1str2F1f2分別是源波形的幅度和頻率。Str1是波形標(biāo)示符。Str2是源標(biāo)示符。例：#hertzian_dipole：1.0600e6rickerMyDipole與GPRMAX2D里面的#line_source等價(jià)#voltage_source：定義電壓源。它引入一個(gè)電壓器件的位置，可以是一個(gè)硬源或者一個(gè)內(nèi)部集成電阻。#voltage_source：f1f2str1f3str2F1f2是源波形的振幅和頻率。Str1是波形標(biāo)示符。F3是內(nèi)部電阻R。例：#voltage_source：1.0600e6gaussian50.0MyVolt#transmission_line：定義能夠刺激天線的1D兩線傳輸線的參數(shù)。#transmission_line：f1f2str1f3f4str2F1f2是源波形的振幅和頻率，str1是鼓勵(lì)類型。F3是傳輸線的長(zhǎng)度。F4是阻抗特征，str2是源標(biāo)示符例：#transmission_line：1.0600e6gaussian0.5200.0MyLine#plane_wave：描述平面波源#plane_wave：f1f2str1f3f4f5str2str3F1f2是源波形的振幅和頻率，str1是鼓勵(lì)類型。F3f4分別是0到pi和0到2pi的角度。#huygens_surface：必須與平面波同時(shí)用。#huygens_surface：f1f2f3f4f5f6str1F1f2f3是huygens外表左下角坐標(biāo)，f4f5f6是右上角坐標(biāo)。Str1是要用到#plane_wave的標(biāo)示符例：#huygens_surface：0.20.20.20.80.80.8MyHugens#tx：c1f1f2f3str1f4f5C1源的極化方向，可以是x，y，z。f1f2f3是源的坐標(biāo)。Str1是源ID，f4是鼓勵(lì)掩飾，f5是源移去時(shí)間。#rx：f1f2f3F1f2f3是輸出點(diǎn)的坐標(biāo)#rx_box：f1f2f3f4f5f6f7f8f9F1f2f3是輸出體積的左下坐標(biāo)，f4f5f6是輸出體積右上坐標(biāo)，f7f8f9是定義每一方向輸出點(diǎn)的步數(shù)。最小值為f7為△x，f8為△y，f9為△z。#tx_steps:f1f2f3F1f2f3是x，y，y的增量#rx_steps:f1f2f3同上#snapshot：獲得模型區(qū)域電磁場(chǎng)信息。#snapshot：i1f1f2f3f4f5f6f7f8f9f10filed1c1或者#snapshot：i1f1f2f3f4f5f6f7f8f9i2filed1c1i1是一個(gè)成為全局戶鼓勵(lì)點(diǎn)的計(jì)數(shù)器。它決定哪一個(gè)snapshot被用的鼓勵(lì)源的位置。他的值在1和步數(shù)之間，這個(gè)步數(shù)定義為#analysis的第一個(gè)參數(shù)f1f2f3是左下角坐標(biāo)；f4f5f6是右上角坐標(biāo)；f7f8f9是x，y，z方向上的樣本間隔。f10或i2是snapshot時(shí)間，或者迭代次數(shù)。file1是存儲(chǔ)snapshot的文件名c1可以是a或者b表示snapshot的格式是ASCII還是BINARYGprMax中GprMax3D的使用方法很多網(wǎng)友問我GprMax3D的使用方法，沒有那么多時(shí)間去一一表達(dá)GprMax3D的原理。直接貼一個(gè)GprMax3D的例子上來(lái)，給大家參考吧。*注：這個(gè)例子也是很久之前參考網(wǎng)上的一個(gè)例子，來(lái)源應(yīng)該是來(lái)源這里的：://edaboard/thread91297.html(1)Second.in文件內(nèi)容如下：#medium:6.00.00.00.011.00.0concrete--------------------------------------#domain:0.61.20.65#dx_dy_dz:0.010.010.01#t