GprMax中文说明指导书专业资料.docx

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GprMax中文说明指导书专业资料

GprMax中GprMax2D用法

V1.3

实验环境：

操作系统：

Windows7

软件版本：

MATLAB7.1&GprMaxV2.0

参照资料：

[1]UserGuideV2.pdf

一、GprMax2D软件使用

1.1直接运营

..\GprMaxV2.0\Windows文献夹下GprMax2D.exe文献，会浮现如下窗口（也可以在命令提示符窗口输入命令运营）：

1.2输入文献名

注意：

要输入文献全途径；*.in文献只要浮现任何语法错误或者途径错误，软件都会自动关闭，不会有任何错误提示。

浮现如下画面（以自带例子文献bre1.in为例，*.in命令参照前面文章或[1]）：

运营完毕会发现..\GprMaxV2.0\Windows文献夹下多了两个文献bre1.out、bre1.geo文献，复制到tools文献夹。

二、数据成像

tools文献夹下有五个m文献：

gprmax.m，gprmax2g.m，gprmax3g.m，gprmaxde.m，gprmaxso.m。

这里只讲gprmax2g.m，gprmax.m这两个文献用法，其她三个后来有空再写。

gprmax3g.m是解决GprMax3D几何数据；gprmaxde.m用来计算Debye公式（参照[1]）介电常数；gprmaxso.m用于计算勉励函数。

2.1gprmax2g.m用法

gprmax2g函数用于读取GprMax2D软件仿真探地雷达模型生成二进制几何数据。

gprmax2g函数原型：

[mesh,header,media]=gprmax2g（'filename'）

filename是.geo文献名；

media：

存储介质类型，media.type；

header：

存储模型几何参数；

header.title：

模型名称；

header.dx：

模型在X轴每次偏移大小（单位:

m）；

header.dy：

模型在Y轴每次偏移大小（单位:

m）；

header.dt：

最大容许时间步长（单位:

秒）；

header.nx：

模型在X轴偏移次数；

header.ny：

模型在Y轴偏移次数；

例子：

如输入文献*.in中定义：

#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=，为光速，公式参照[1]）;

header.nx=2.5/0.0025=1000；header.ny=0.65/0.0025=260;

mesh：

存储模型数据，MxN数组，其中M为Y轴方向Yee单元数目，N为X轴方向Yee单元数目；M=header.nx，N=header.ny；

gprmax2g.m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用法

gprmax函数用于读取GprMax2D与GprMax3D软件仿真探地雷达模型生成二进制波形数据。

gprmax函数原型：

[Header，Fields]=gprmax（'filename'）

filename是.out文献名；

1）Header：

该变量涉及如下成员：

Header.title：

模型名称；

Header.iterations：

迭代次数；

Header.dx：

在X轴每次偏移大小；

Header.dy：

在Y轴每次偏移大小；

Header.dt：

最大容许时间步长；

Header.NSteps：

仿真次数；等于*.in文献中#analysis:

命令第一种参数；

例子：

如输入文献*.in中定义：

#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:

命令第四个参数）

Header.removed=12e-9；（等于#tx:

命令第五个参数）

Header.rx=0.1125/Header.dx=45；

Header.ry=0.4525/Header.dy=181；

2）Fields：

该变量涉及如下成员：

Fields.t：

每个波形时间轴。

数组大小Header.iterations*1；

Fields.ez：

Z轴方向磁矢量数据。

数组大小Header.iterations*1*Header.NSteps；

Fields.hx：

X轴方向电矢量数据。

数组大小Header.iterations*1*Header.NSteps；

Fields.hy：

Y轴方向电矢量数据。

数组大小Header.iterations*1*Header.NSteps；

由于GprMax仿真是基于FDTD算法，以上三者关系为：

详细可参照FDTD算法有关文献。

gprmax.m使用例子：

fileout='bre1.out';

[Header,Fields]=gprmax（fileout）;

N=1:

Header.NSteps；%移动次数

Position=Header.dx*Header.tx+（N-1）*（Header.dx*Header.TxStepX）；%天线每次所在位置

Data（:

:

）=Fields.ez（:

1,:

）；%转换数组格式

figure

（2）;

imagesc（Position,Fields.t*1e9,Data）;%画图

colorbar

xlabel（'AntenaPosition（m）'）;

ylabel（'t（ns）'）;

GprMaxV2.0中GprMax2D输入文献命令

实验环境：

操作系统：

Windows7

软件版本：

MATLAB7.1&GprMaxV2.0

参照文献：

GprMaxV2.0软件manual文献夹下UserGuideV2.pdf。

GprMaxV2.0下载地址：

阐明：

翻译得不好，还望人们见谅，由于我也是边看边译。

3.1GprMax2D命令普通注意事项

为了描述GprMax2D/3D命令及其参数，咱们作如下商定：

f表达浮点数（如1.5或15e-1、1.5e1）

i表达整数

c表达字符

str表达字符串

file表达输入文献名

所有空间距离基本单位为米

所有时间基本单位为秒

所有频率参数基本单位是Hz

3.2GprMax2D2.0版本共有32条命令：

#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:

如下可以运营于GprMax中命令在GprMax2D版本2.0中将不再支持：

#scan:

#csg:

#extra_tx:

此外，某些命令旧参数规则亦发生了变化：

#tx:

#snapshot:

3.3GprMax2D命令参数

为了更好地简介GprMax2D命令，咱们将它们提成四类：

普通命令：

涉及用于指定大小和模型离散

ABC有关命令：

容许定制和优化吸取边界条件

介质和对象构造命令：

用不同参数来在模型中引入不同介质和构造简朴几何形状

勉励和输出命令：

用来放置源代码和模型输出点

运营GprMax2D最低限度命令如下：

•#domain:

•#dx_dy:

•#time_window:

•至少一种#analysis:

及与其相应结束命令#end_analysis:

至少一种#tx:

与#rx:

，或者#rx_box:

命令

•为了使#tx：

命令对的运营，同步需要一行新#line_source:

命令

3.3.1普通命令

#title:

模型题目

#title：

str

Str即是模型题目，必要是单行。

#domain:

模型范畴（单位：

米）

#domain：

f1f2

f1与f2分别代表x和y轴上量度大小

#domain：

1.01.5

表达1.0*1.5大小范畴

#dx_dy:

表达x和y轴上偏移量（如△x、△y）

#dx_dy：

f1f2

表达x轴偏移f1和y轴方向上偏移f2

#domain：

1.01.5

#dx_dy：

0.10.1

则模型单元数为10*15

#domain：

1.01.5

#dx_dy：

0.010.01

则模型单元数为100*150

最大容许时间步△t与△x、△y约束关系如下：

（3.1）

C为光速，GprMax2D中计算△t使用3.1式等号。

#timestepstabilityfactor:

通过该命令，你可以修改GprMax2D所计算△t值，但必要满足3.1式规定。

#time_window:

用于指定所需总模仿时间。

语法：

#time_window：

f1

或者

#time_window：

i1

总迭代次数和模仿时间窗口：

（3.2）

#number_of_media:

但你需要使用不不大于10个介质时必要使用该命令，由于GprMax2D只初始化了10个介质使用空间。

#number_of_media：

i1

i1不不大于10。

#media_file:

使用该命令，你可以定义惯用介质所描述构造参数文献途径与名称。

#geometry_file:

使用该命令，你可以定义模型几何信息二进制文献。

这些信息可以用于创立模型图像与检查创立对的与否。

#geometry_file：

model.geo

#messages:

使用该命令，你可以控制软件运营时在屏幕上输出信息。

#messages:

c1

#nips_number:

该命令仅当在GprMax2D需要时才用于你输入文献中。

#nips_number:

i1

4.1GPRMAX3D命令普通注释

大多数可以用在GPRMAX3D命令几乎和GPRMAX2D是同样。

但是，有某些命令是GPRMAX3D独有。

为了简要扼要，这里只阐述与GPRMAX2D不同命令。

基本空间和暂时离散环节分别为△t和△x，△y，△z。

4.2命令清淡

在版本2里面，GPRMAX3D一共有42个命令用在3DGPR建模中。

她们是：

#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命令参数

为了更好地简介GprMax2D命令，咱们将它们提成四类：

1.普通命令：

涉及用于指定大小和模型离散

2.ABC有关命令：

容许定制和优化吸取边界条件

3.介质和对象构造命令：

用不同参数来在模型中引入不同介质和构造简朴几何形状

4.勉励和输出命令：

用来放置源代码和模型输出点

4.3.1普通命令

#title：

与GprMax2D用法形同

#domain：

用来指定模型尺寸（单位：

米）

#domain：

f1f2f3

f1，f2和f3分别是模型x，y，z方向上大小

#dx_dy_dz:

指定x，y，z方向上增量

#dx_dy_dz：

f1f2f3

f1是空间步x方向上增量，f2是空间步y方向上增量，f3是空间步z方向上增量。

空间离散化控制最大容许时间步△t和为了达到所需要仿真时间窗而提出解决方案。

△t和△x，△y，△z之间关系是：

（4.1）

其中c为光速。

在GPRMAX3D中，上式取等号。

4.1中，一种小△x，△y，△z值导致△t得小值，这个△t小值意味着为了达到所给仿真时间而需要更多迭代次数。

但是，需要指出更小△x，△y，△z和△t值会让模型更精准。

#time_step_stability_factor：

用法与GPR2D相似。

可以修改△t值。

#time_window：

用法与GPR2D相似。

#number_of_media:

用法与GPR2D相似。

#geometry_file：

用法与GPR2D相似。

#messages：

用法与GPR2D相似。

#nips_number：

用法与GPR2D相似。

仅当GPRMAX3D被规定用时，才必要用到她。

4.3.2ABC有关命令

在GPRMAX3D这些影响HigdonABCs配备和性能命令与GPRMAX2D用法相似。

但是，GPRMAX3D用了更有力PMLABC。

#abc_type：

pml

#abc_type：

higdon可以设立ABC默认参数。

#pml_layers：

i1

i1是pml所占Yee单元数目。

默认值为8。

所占用Yee单元数越多，PML性能越好，但是所花计算资源也越多。

并且，有两点要注意：

a）PML是几何模型一某些。

但是，PML层里域不参加计算并且用她们来计算就是错。

因而，不要把源和接受器设立在这个区域。

PML深度是用YEE单元来度量而不是距离。

b）注意：

当前PML仅用于非磁介质。

因而，如果你模型需要用到磁性参数，你必要用HigdoonABC而不是PML。

4.3.3介质和对象构造命令

在GPRMAX3D中，这些命令用来容易引入模型中不同介质和介质构造。

在解决普通命令之后，GPRMAX3D建立一种初始化为freespace（air）任意尺寸模型。

注意，freespace和pec已经被定义在GPRMAX3D中,你不必再去定义这两种介质。

因而，核心词free_space和pec可以直接用而不需要再定义参数。

其她介质她们参数必要通过下面之一来设立：

l#media_file：

命令包括各种各样经惯用介质定义（见附录A）

l#medium：

输入文献中命令

#medium：

和GPRMAX2D中用法相似。

并且，同一种介质文献可以不变化她们构造下既用到GPRMAX2D又用到GPRMAX3D

#thin_wire：

引入细电线模型。

细电线被用作介质标示符给#dege：

对象构造命令。

#thin_wire：

f1str1

f1是电线半径，并且为了建立适当细电线物理模型，必要必△l小。

Str1是介质ID。

Thinwire被以为是pec。

例：

#thin_wire：

0.001MyWire

#box：

f1f2f3f4f5f6str1

f1f2f3是左下角坐标，f4f5f6是右上角坐标。

Str1是#medium：

定义标示符。

#plate：

f1f2f3f4f5f6str1

f1f2f3是金属板左下角坐标。

f4f5f6是金属板右上角坐标。

str1是介质标示符。

#triangle：

三角行块。

#triangle：

f1f2f3f4f5f6f7f8f9str1

f1f2f3，f4f5f6，f7f8f9分别是三角形三个顶点坐标。

str1是介质标示符。

#bowtie：

蝴蝶天线。

由两个三角形块构成

#bowtie：

c1c2f1f2f3f4f5str1

C1是蝴蝶天线方向，x，y或者z。

c2是剩余方向。

F1，f2，f3是天线馈电点x，y，z坐标。

F4是天线元长度（完整蝴蝶天线长度一半）。

f5是展开角。

Str1是介质标示符。

#edge：

一种天线。

这个天线仅仅是YEE元边沿，当建立电阻或者细电线是可以用她。

#edge：

f1f2f3f4f5f6str1

F1f2f3是边沿起始坐标，f4f5f6是边沿结束坐标。

Str1是介质标示符。

#cylinder：

有限维3D圆柱模型。

#cylinder：

c1f1f2f3f4f5str1

C1是圆柱轴方向，可以是x，y或z。

f1和f2分别是圆柱轴高低坐标。

F3，f4是其她重要坐标用来表达两个圆柱圆形面中心。

lX方向圆柱（f1，f3，f4）为（x1，y，z），（f2，f3，f4）为（x2，y，z）

ly方向圆柱（f3，f1，f4）为（x，y1，z），（f3，f2，f4）为（x，y2，z）

lz方向圆柱（f3，f4，f1）为（x，y，z1），（f3，f4，f2）为（x，y，z2）

f5是圆柱圆盘半径，str1是介质标示符。

#cylinder_new：

有限维3D圆柱。

与#cylinder：

不同是，它轴向可以是任意。

#cylinder_new：

f1f2f3f4f5f6f7str1

F1f2f3是圆柱底面圆心坐标，f4f5f6是圆柱顶面圆心坐标。

F7是圆柱底面半径。

Str1是介质标示符。

#cylindrical_segment：

圆柱一段。

#cylindrical_segment：

c1f1f2f3f4f5str1c2f6f7

C1是圆柱轴向，可以是x，y，z。

f1,f2是圆柱轴向上部和下部坐标。

F3，f4是表达圆柱顶，底部其她两个坐标。

F5是顶，底部半径。

C2是片段变化方向。

F6，f7是片段起始和结束点。

#sphere：

球体。

#sphere：

f1f2f3f4str1

F1f2f3是球心坐标f4是球半径。

Str1是介质标示符

4.3.4勉励和输出命令

#excitation_file：

容许顾客指定单个包括可以勉励模型幅度值清单ASCII文献。

这些值至少要和迭代次数相等。

#excitation_file：

str1

Str1是ASCII文献名字。

例：

#excitation_file：

mysource.dat

#hertzian_dipole：

定义最简朴勉励。

#hertzian_dipole：

f1f2str1str2

F1f2分别是源波形幅度和频率。

Str1是波形标示符。

Str2是源标示符。

例：

#hertzian_dipole：

1.0600e6rickerMyDipole

与GPRMAX2D里面#line_source等价

#voltage_source：

定义电压源。

它引入一种电压器件位置，可以是一种硬源或者一种内部集成电阻。

#voltage_source：

f1f2str1f3str2

F1f2是源波形振幅和频率。

Str1是波形标示符。

F3是内部电阻R。

例：

#voltage_source：

1.0600e6gaussian50.0MyVolt

#transmission_line：

定义可以刺激天线1D两线传播线参数。

#transmission_line：

f1f2str1f3f4str2

F1f2是源波形振幅和频率，str1是勉励类型。

F3是传播线长度。

F4是阻抗特性，str2是源标示符

例：

#transmission_line：

1.0600e6gaussian0.5200.0MyLine

#plane_wave：

描述平面波源

#plane_wave：

f1f2str1f3f4f5str2str3

F1f2是源波形振幅和频率，str1是勉励类型。

F3f4分别是0到pi和0到2pi角度。

#huygens_surface：

必要与平面波同步用。

#huygens_surface：

f1f2f3f4f5f6str1

F1f2f3是huygen