بررسی و تحلیل امکان آشکارسازی عوارض زیرسطحی از طریق رادار زمین نفوذ بر اساس شبیه‌سازی امواج الکترومغناطیسی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 دانشگاه جامع امام حسین (ع)

3 دانشگاه جامع امام حسین (ع)

چکیده

در این تحقیق امکان‌سنجی رادار زمین نفوذ (GPR) برای آشکارسازی و تعیین موقعیت عوارض زیرسطحی در شرایط مختلف بر اساس داده­های شبیه‌سازی‌شده مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، عملکرد امواج رادار در آشکارسازی اهداف با جنس‌های متفاوت، در شرایط محیطی با رسانایی الکتریکی مختلف بررسی شده است. معیار مورد بررسی عملکرد GPR در این مطالعه قدرت تفکیک امواج در استفاده از امواج رادار با فرکانس‌های مرکزی مختلف است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که انتخاب فرکانس مرکزی در روش GPR تأثیر بسیار زیادی بر اندازه ابعاد هدف در شناسایی با تصویر‌سازی قابل‌قبول را دارد و اهداف با اندازه تقریبی قطر کمتر از 3، 6، 12، 25 و 125 سانتیمتر در آنتن‌های رادار نفوذی زمین با فرکانس‌های مرکزی به ترتیب 2 گیگاهرتز، 1 گیگاهرتز، 500، 250 و 50 مگاهرتز قابلیت مشخص شدن را نخواهند داشت. نتایج به‌دست‌آمده برای محیطی با سرعت 15/0 متر بر نانوثانیه (به‌عنوان‌مثال آبرفت با دانه­بندی متوسط و یا ماسه خشک) صادق است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی شرایط مختلف بر اساس مشخصه‌های K (گذردهی نسبی)، δ (رسانندگی هر لایه) و D (ضخامت لایه‌های خاک) نشان می‌دهد که رسانایی الکتریکی بیش‌ترین تأثیر را نسبت به دیگر پارامترها در نتایج روش GPR را دارد و لایه­هایی با رسانایی الکتریکی بیش از کمتر از 1/0 اهم-متر به‌شدت دامنه موج گسیل‌شده در این روش را تضعیف می‌کند و امکان نفوذ برای شناسایی هدف را با مشکل مواجه می‌سازد.

کلیدواژه‌ها


[1]     Annan, A. P.; Davis, J. L.; Gendzwill, D. “Radar Sounding in Potash Mines: Saskatchewan, Canada”; Geophys. 1988, 53, 1556-1564.
[2]     Unterberger, R. R. “Radar Propagation in Rock Salt”; Geophys Prosp. 1978, 26, 312-328.
[3]     Lucius, J. E.; Olhoeft, G. R. “Geophysical Investigations of Heterogeneity and Scale at Princeton, Minnesota, Management Systems Evaluation Area”; USGS Report, 1996, 581–589.
[4]     Godio, A.; Guo, T. “Characterisation of Sandy Soil with Georadar Measurements”; J. Tech. Environ. Geol. 1998, 4, 17–27.
[5]     Reppert, P. M.; Morgan, F. D.; Toks¨oz M. N. “Dielectric Constant Determination using Ground-Penetrating Radar Reflection Coefficients”; J. Appl. Geophys. 2000, 43, 189–197.
[6]     Cook, J. C. “Radar Transparencies of Mine and Tunnel Rocks”; Geophys. 1975, 40, 865–885.
[7]     Sen, P. N.; Scala, C.; Cohen, M. H. “A Self-Similar Model for Sedimentary Rocks with Application to the Dielectric Constant of Fused Glass Beads”; Geophys. 1981, 46, 781–795.
[8]     Feng, S.; Sen, P. N. “Geometrical Model of Conductive and Dielectric Properties of Partially Saturated Rocks”; J. Appl. Phys. 1985, 58, 3236–3243.
[9]     Olhoeft, G. R.; Capron, D. E. “Laboratory Measurements of the Radio-Frequency Electrical and Magnetic Properties of Soils from Near Yuma, Arizona”; USGS Report, 1993, 93-701.
[10]  Zhuravlev, A. V.; Ivashov, S. I.; Razevig, V. V.; Vasiliev, I. A.; Türk, A. S.; Kizilay, A. “Holographic Subsurface Imaging Radar for Applications in Civil Engineering”; IET. Int. Radar Conference, Xi'an, China, 2013, 231-242
[11]  Ivashov, S.; Razevig, V.; Zhuravlev, A.; Chizh, M.; Bechtel, T.; Capineri L.; Inagaki, M. “MW Holographic Imaging System for Detection of Hidden Dinosaur Tracks”; 38th PIERS in St Petersburg, Russia, 2017, 3241–3246.
[12]  Vizheh, M. M. “Processing and Interpretation of Ground-Penetrating Radar (GPR) and Comparision with Geoelectric Data”; MSc. Thesis, Shahrood University of Technology, Shahrood, 2009.
[13]  Hosseini, M. “Processing and Interpretation of Ground-Penetrating Radar (GPR) and Comparision with Magnetic Data”; MSc. Thesis, Shahrood University of Technology, Shahrood, 2009.
[14]  Mazinani, A. “Study of Asphalt Thickness in Shahrood University, Using GPR Method”; Master Thesis, Shahrood University of Technology, Shahrood, 2010.
[15]  Ovaisi, M. “Study of Fracture Zone in Sarab Ghanbar Lake, in South of Kermanshah, using Ground Penetrating Radar Method”; Iranian Journal of Geophysics 2007, 1, 81-89.
[16]  Rohani, A. K. “Processing and Interpretation of Ground-Penetrating Radar (GPR) Data for Detection of Cavities, Investigation of Bedding and Grain Sizes and Also Estimation of Clay Content in Shallow Subsurface Sediments”; Earth and Space Physics 2013, 38, 155-173.
[17]  Saif, M.; Mohammadzadeh, M. M.; Mirzaei, S. “Detection of Underground Targets Based on the Aeromagnetic Data using the Analytic Signal and Euler Deconvolution and 3D Inversion Methods”; Adv. Defence Sci. & Technol. 2018, 9, 359-368.
[18]  Annan, A. P.; Cosway, S. W. “Ground Penetrating Radar Survey Design”; Proc. of the Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems 1992, 26-29.
[19]  Berkhout, A. J. “Seismic Resolution: Resolving Power of Acoustical Echo Techniques”; Geophysical Press: Amsterdam, 1984.
[20]  Moller, I.; Anthony D. “A GPR Study of Sedimentary Structures within a Transgressive Coastal Barrier along the Danish North Sea Coast in: Bristow, C. S., Jol, H.M. (Eds.), Ground Penetrating Radar in Sediments”; Geol. Soc. London Spec. Publ. 2003, 211, 55– 65.
[21]  Knapp, R. W. “Fresnel Zones in the Light of Broadband Data”; Geophys. 1991, 56, 354 -359.
[22]  Annan, A. P. “Ground Penetrating Radar Workshop Notes”; Sensors & Software Inc. workshop Denver 1992, 23-31.
[23]  Annan, A. P.; Davis, J. L.; Johnston, G. B. “Maximizing 3D GPR Image Resolution: A Simple Approach: Proceedings of the High Resolution Geophysics Workshop”; Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar 1997, 154–167.
[24]  Annan, A. P.; Redman, J. D.; Pilon, J. A.; Gilson, E. W.; Johnston, G. B. “Crosshole GPR for Engineering and Environmental Applications. Proceedings of the High Resolution”; Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar 1997, 90–98.