GPRMAX2D知識點匯總

1、GprMax是愛丁堡大學的Antonis Giannopoulos于1996年推出來的一種基于時域有限差分 （FDTD）算法和理想匹配層（PML）邊界吸收條件的探地雷達正演數(shù)值模擬軟件，用于探 地雷達成像研究。其中，GprMax2D是二維正演，GprMax3D為三維正演。該軟件可以在Windows、Linux和MacOS三個平臺上使用。本文主要針對Windows平 臺進行說明。一、軟件獲得該軟件為免費軟件，可以去GprMax官網下載。也可點此直接下載。二、準備工作軟件無需安裝，下載后用解壓工具解壓，找到Windows文件夾，直接雙擊GprMax2D.exe 即可運行。但是為了方便批量模擬，建議

2、把Windows文件夾下的文件（cygwinl.dll、GprMax2D.exe 和GprMax3D.exe）全部復制到系統(tǒng)盤系統(tǒng)搜索路徑下，例如：C:WindowSo如果只進行二 維正演，只復制cygwin l.dll和GprMax2D.exe即可。當然也可放在任意路徑下，只要使用時包含所在路徑就OK了。筆者習慣放在系統(tǒng)要目 錄下，即C:。另外，最好建立一個輸入文件和模擬結果存放的專用文件夾，并且把tools文件夾下的 文件（gprmax.m、gprmax2g.m、gprmax3g.nu gprmaxde.m 和 gprmaxso.m）全部復制到該專 用文件夾下，注意文件夾名最好使用英文。如

3、果只進行二維正演，只復制gprmax.m和 gprmax2g.ni即可。筆者習慣使用D:GPR。正演結果需要用MATLAB進行繪圖，因此需要安裝有MATLAB軟件。軟件下載地址 和安裝方法此處不再說明，以后使用將假設讀者已經成功安裝MATLAB軟件。三、軟件使用一般進行數(shù)值模擬時通常都是若干個對比模型進行模擬，因此本文只介紹批量模擬的方 法。如此一來，筆者將認為讀者的軟件和筆者一樣放在C:,輸入文件和gprmax.m、 gprmax2g.m文件已經放在D:GPR ,欲進行正演模擬需要先建立輸入文件，輸入文件的建立將在后而介紹，此處假設在 D:GPR已經有若干輸入文件,文件名分別為fnamel.

4、in, fname2.in, fname3.in0打開記事本，寫入以下兩行直線間的內容，另存為*.bat文件，例如：GPR.bato其中括 號里的內容為本條語句的說明。path C:;%path%（把軟件所在路徑包含進系統(tǒng)搜索路徑）cd/d D:GPR（設宜專用文件夾路徑為活動路徑）gprmax2d D:GPRfnamel.in（按順序進行批量正演模擬）gprmax2d D:GPRfname2.ingprmax2d D:GPRfname3.in完成后保存并關閉，然后雙擊運行也bat文件即可進行批量正演模擬四、建立輸入文件輸入文件是純文本文件，可以用任何文字處理程序編輯，而且內容全部為英文。打開

5、記 事本，寫入輸入文件內容，另存為*肋即可。輸入文件必需包括模擬模型的所有必要信息，每一個有效命令行都必須以符號（判開 始，否則該命令行無效。所有命令的一般語法為：#命令名：參數(shù)1參數(shù)2參數(shù)3為了方便介紹GprMax2D的命令及參數(shù)，做了以下約迫：f代表實數(shù)，如1.5i代表整數(shù)，如15c代表單個字母，如y str代表字條串，如air file代表文件名,如test.in所有的長度單位均為m所有的時間單位均為s所有的頻率單位均為Hz模型空間的坐標原點（0,0）在左下角輸入文件中除了 analysis:和#end_analysis:命令外，先后順序一般是沒有要求的。GprMax2D 2.0版一共有

6、32個命令： #title: str輸出文件的標題，包含在輸出文件中。#domain: fl f2指泄模型空間大小，單位是米。 fl X方向的大小 f2y方向的大小#dx_dy: fl f2指泄網格步長，單位是米。 fl X方向的步長，即Axf2y方向的步長，即Ay模型劃分的網格數(shù)目是由domain:和#dx_dy:兩個命令共同決左的。網格劃分越小模型越精 確，但模擬的計算量也越在，需要權衡確定。#time_step_stability_factor: f 1時間步長的穩(wěn)泄系數(shù)，取值范用（0, 1,實際使用時間為fix Ate#time_window: fl or il時窗大小，單位是秒。-f

7、l為時窗,如fl=16e-9,時窗為16nsil為時間步長數(shù)，時窗為ilX #messages: cl是否開啟屏幕信息。y（cs）開啟n（o）關閉，默認n。#numbcr_of_mcdia: il介質數(shù)目，訂應大于10o系統(tǒng)分配了 10種介質（自由空間即空氣free_space,金屬pec和8 種用戶自立義介質）的內存空間，當模型中使用介質數(shù)量超過10種時需要使用該命令。#nips_numbcr: il指泄分配的空間。存儲重要信息模型的數(shù)組大小可以在內部計算，但通常比實際需要的大, 可以使用較小的數(shù)字節(jié)省空間。如果分配過小，系統(tǒng)會發(fā)出錯誤并提醒分配更多空間#mcdia_filc: filel要

8、包含的介質文件的文件名（如果有必要還包括文件路徑）。介質文件格式為:# fl f2 f3 f4 f5 f6 strl參數(shù)的具體含義參考#mcd ium:命令。#geometry_file: filel 存儲模型文件（*gco°#medium: fl f2 13 f4 f5 f6 strl在輸入文件中進義介質屬性。fl 靜態(tài)時介質的相對介電常數(shù)f2在理論上的無限頻率的相對介電常數(shù)f3介質的弛豫時間（秒）f4 靜態(tài)時介質的電導率（西門子/米）f5相對磁導率的介質f6 介質的磁導率 strl介質的名稱如果不想使用debye介質，可設豊f3為0.0,此時系統(tǒng)將只使用fl和f4來描述介質介電性

9、 能。如果介質為非磁性，則設置f5為1.0, f6為0.0。如果使用f3的值，該值應始終高于模型中使用的時間步長 4 該組命令不建議使用，除非是熟悉ABC的人用來左制和優(yōu)化吸收邊界條件。#abc_type: pnil恢復默認的PML邊界。#abc_order: ilABC次序。取值范圍1. 2, 3,默認為3。次序越低，性能越差。#abc_stability_factors: fl f2 f3 指泄ABC的穩(wěn)泄系數(shù)。#abc_optimization_angles: fl f2 f3 優(yōu)化ABC為特左的入射角。#abc_mixing_parameters: fl f2 f3 f4 f5 f6改

10、變使用ABC的時間和偏導數(shù)的離散化。默認使用box。#pml_layers: il指沱PML使用的網格數(shù)量。默認為&數(shù)呈越多性能越佳。#box: fl f2f3 f4 strl使用泄義好的介質義一個矩形模型。fl 矩形左下角X坐標，單位米 f2 矩形左下角y坐標，單位米 f3矩形右上角x坐標，單位米 f4矩形右上角y坐標，單位米strl使用的介質的需稱 cylinder: fl f2 13 strl使用左義好的介質龍義一個圓形模型。fl 圓心x坐標，單位米 f2 圓心y坐標，單位米 f3 圓半徑R,單位米 strl使用的介質的需稱#x_segment: fl f2 f3 f4 f5 s

11、trl使用左義好的介質左義一個圓沿x軸裁剪的模型。 fl圓心x坐標.單位米 f2圓心y坐標，單位米 f3沿X軸開始的位宜 f4沿X軸結束的位宜 f5圓半徑R,單位米 strl使用的介質的名稱#y_segment: fl f2 f3 f4 f5 strl使用迫義好的介質定義一個圓沿y軸裁剪的模型。 fl圓心x坐標，單位米 f2圓心y坐標，單位米f3 沿y軸開始的位置f4 沿y軸結束的位置f5 圓半徑R,單位米strl使用的介質的需稱#triangle: fl f2 f3 f4 f5 f6 strlfl 第一頂點X坐標，單位米 f2 第一頂點y坐標，單位米 f3第二頂點x坐標，單位米 f4第二頂點

12、y坐標，單位米 f5第三頂點x坐標，單位米 f6第三頂點y坐標，單位米strl使用的介質的名稱模型的建立是有先后順序的，后建立的模型會把先建立的模型覆蓋住。該組命令是數(shù)值模擬的核心。一個輸入文件中可以岀現(xiàn)多組數(shù)值模擬命令，但是數(shù)值模擬的 控制命令必須放在analysis:和#end_analysis:之間。analysis: il filel cl數(shù)值模擬開始的命令。 il總步數(shù)filel模擬結果輸出文件名（*.out）cl類型，取值范用a （文本文件）或b （二進制文件）#end_analysis:數(shù)值模擬結束的命令，無參數(shù)。#tx: fl f2 strl f3 f4發(fā)射天線的屬性。fl 發(fā)

13、射天線位置的x坐標，單位米 f2 發(fā)射天線位宜的y坐標，單位米 swl泄義過的發(fā)射天線的名稱f3發(fā)射天線的延遲時間f4發(fā)射天線的淸除時間#rx: fl f2接收天線的屬性。fl接收天線位巻的x坐標，單位米f2接收天線位苣的y坐標，單位米#rx_box: f 1 f2 f3 f4 f5 f6接收區(qū)域的屬性。fl接收區(qū)域左下角的x坐標，單位米f2接收區(qū)域左下角的y坐標，單位米f3接收區(qū)域右上角的x坐標，單位米f4接收區(qū)域右上角的y坐標，單位米f5接收區(qū)域在x軸的步長，即4x,單位米f6接收區(qū)域在y軸的步長，即Ay,單位米#snapshot: il fl f2 t3 f4 f5 f6 f7 file

14、l cl 或#snapshot: il fl f2f3f4f5f6i2filel cl獲取模型一個區(qū)域內，某一時刻的電磁場的快照。 11第幾道的掃描，值介于1和Analysis:命令中的總步數(shù)。 fl區(qū)域左下角的X坐標，單位米 f2區(qū)域左下角的y坐標，單位米 f3區(qū)域右上角的X坐標，單位米 f4區(qū)域右上角的y坐標，單位米 f5區(qū)域在X軸方向上的采樣間隔，單位米 f6區(qū)域在y軸方向上的采樣間隔，單位米 f7快照的時刻，單位秒 i2快照的迭代次數(shù) filel快照存儲的文件名（*.out）cl類型，取值范囤a （文本文件）或b （二進制文件）#tx_steps: fl f2發(fā)射天線的移動步長。fl發(fā)

15、射天線沿X軸的移動步長，單位米f2發(fā)射天線沿y軸的移動步長，單位米 #rx_steps: fl f2接收天線的移動步長。fl接收天線沿X軸的移動步長，單位米f2接收天線沿y軸的移動步長，單位米 #line_source: fl f2 strl str2fl 發(fā)射天線的振幅f2 發(fā)射天線的頻率strl信號波形，有五種： cont_sine連續(xù)正弦波 sine 脈沖正弦波 gaussian髙斯波 ricker 雷克子波user用戶自定義的激勵函數(shù)str2發(fā)射天線的名稱#excitation_file: strl選擇用戶自定義的激勵文件。自泄義激勵文件是文本文件。五、MATLAB繪圖筆者使用MATL

16、AB7.0,以該版本為例進行說明，其他版本可參考使用。為方便說明, 筆者假設讀者已對MATLAB具有最基本的了解和使用能力，同時主要以命令來完成操作。 讀者若對MATLAB -無所知，請另行學習。1設定當前目錄和搜索路徑。cd D:GPR%設宦當前目錄addpath D:GPR%設左本次搜索路徑2 模型文件繪圖geo = YnameLgeo1;mesh,header,media = gprmax2g(geo);M.N = size(mesh);%獲取模型大小imagesc( 1:N)*header.dx.( 1:M)*header.dy,mesh)%繪圖xlabeI(,Distance/m,)

17、;%設置 x 軸標簽ylabcl(Dcp(h/m);%設置 y 軸標簽3 輸出文件繪圖out = Tnamel.out1;Header,Fields = gprmax(out);NN = 1:Header.NSteps;%移動次數(shù)Position = Header.dx*Header.tx+(NN-l)*Hcader.dx*Hcadcr.TxStepX);% 天線每次所在位宜DataC,:) = Fields.ez(:J,:);% 轉換數(shù)組格式%繪圖%顯示色彩條%設置X軸標簽%設宜y軸標簽imagesef Position,Fields.t* 1 e9,Data) colorbar;xlabe

18、l(,Distance/m,);ylabel(Time/ns*);繪出的圖像請及時保存。例子：#medium: 6.0 0.0 0.0 0.01 1.0 0.0 concrete#medium: 20.0 0.0 0.0 0.1 1.0 0.0 wet_sand #domain: 2.5 0.5#dx_dy: 0.0025 0.0025#time_window: 12e-9 #box: 0.0 0.0 2.5 0.45 wet_sandGet a cylinder of free space and then put a slab of concreteto cut it in halfCylinder: 1.05 0.3 0.2 free.space#box: 0.0 0.3 2.5 0.45 concretecylinder: 0.25 0.375 0.0125 peccylinder: 0.45 0.375 0.0125 pecCylinder: 0.65 0.375 0.0125 peccylinder: 0.85 0.375 0.0125 peccylinder: 1.0