GPRMAX2D知識點匯總

1、GprMax是愛丁堡大學的 An to nis Gia nn opoulos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。、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

2、方便批量模擬， 建議把 Windows文件夾下的文件（cygwin1.dll、GprMax2D.exe 和GprMax3D.exe ）全部復制到系統盤系統搜索路徑下，例如：C:Windows。如果只進行二維正演，只復制 cygwin1.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0K 了。筆者習慣放在系統要目錄下，即 。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.m、gprmaxde.m 禾口 gprmaxso.m） 全部復制至U該專 用文件夾下，注意文

3、件夾名最好使用英文。如果只進行二維正演，只復制gprmax.m和gprmax2g.m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，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面介紹，此處假設在D:GPR已經有若干輸入文件，文件名分別為fn

4、ame1.in , fname2.in , fname3.in。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.bat。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搜索路徑cd/d D:GPR（設置專用文件夾路徑為活動路徑）gprmax2d D:GPRfname1.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*.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

5、部為英文。打開記事本，寫入輸入文件內容，另存為*.in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（#）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1參數2參數3為了方便介紹 GprMax2D的命令及參數，做了以下約定:-f代表實數，如1.5i代表整數，如15-c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。

6、GprMax2D 2.0版一共有 32個命令: #title: str輸出文件的標題，包含在輸出文件中。#domain: f1 f2指定模型空間大小，單位是米。 f1 x方向的大小 f2 y方向的大小#dx_dy: fl f2指定網格步長，單位是米。 fl x方向的步長，即 x f2 y方向的步長，即 y模型劃分的網格數目是由#domai n:和#dx_dy:兩個命令共同決定的。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: fl時間步長的穩定系數，取值范圍（0, 1 ,實際使用時間為fl XA to#time_w in d

7、ow: fl or i1時窗大小，單位是秒。-fl為時窗，如f1=16e-9，時窗為16ns-i1為時間步長數，時窗為 i1 xa to #messages: cl是否開啟屏幕信息。y（es）開啟n（o）關閉，默認n。#nu mber_of_media: i1介質數目，i1應大于10o系統分配了 10種介質（自由空間即空氣 free_space,金屬pec和8 種用戶自定義介質）的內存空間，當模型中使用介質數量超過10種時需要使用該命令。#n ips_ nu mber: i1指定分配的空間。存儲重要信息模型的數組大小可以在內部計算，但通常比實際需要的大, 可以使用較小的數字節省空間。如果分配過

8、小，系統會發出錯誤并提醒分配更多空間#media_file: file1要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：# f1 f2 f3 f4 f5 f6 str1參數的具體含義參考 #medium:命令。#geometry_file: file1存儲模型文件（*.geo）。#medium: f1 f2 f3 f4 f5 f6 str1在輸入文件中定義介質屬性。 f1靜態時介質的相對介電常數 f2在理論上的無限頻率的相對介電常數 f3介質的弛豫時間（秒） f4靜態時介質的電導率（西門子/米） f5相對磁導率的介質 f6介質的磁導率 str1介質的名稱如果不想使用deb

9、ye介質，可設置f3為0.0，此時系統將只使用f1和f4來描述介質介電性如果介質為非磁性，則設置 f5為1.0, f6為0.0o如果使用f3的值，該值應始終高于模型中使用的時間步長Ato該組命令不建議使用，除非是熟悉ABC的人用來定制和優化吸收邊界條件。#abc_type: pml恢復默認的PML邊界。#abc_order: i1ABC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 指定ABC的穩定系數。#abc_optimizati on_an gles: fl f2 f3 優化ABC為特定的入射角。#abc_mi

10、xi ng_parameters: fl f2 f3 f4 f5 f6改變使用ABC的時間和偏導數的離散化。默認使用box。#pml_layers: i1指定PML使用的網格數量。默認為 &數量越多性能越佳。#box: fl f2 f3 f4 strl使用定義好的介質定義一個矩形模型。f1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str1使用的介質的名稱#cyli nder: f1 f2 f3 str1使用定義好的介質定義一個圓形模型。f1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str1使用的介質的名

11、稱#x_segme nt: f1 f2 f3 f4 f5 str1x軸裁剪的模型。使用定義好的介質定義一個圓沿f1圓心x坐標，單位米f2圓心y坐標，單位米f3沿x軸開始的位置f4沿x軸結束的位置f5圓半徑R，單位米str1使用的介質的名稱#y_segment: f1 f2 f3 f4 f5 str1使用定義好的介質定義一個圓沿 f1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 str1使用的介質的名稱y軸裁剪的模型。歡迎下載10#tria ngle: fl f2 f3 f4 f5 f6 strl-fl-f2-f3-f4-f5-f6

12、-strl第一頂點第一頂點第二頂點第二頂點第三頂點 第三頂點x坐標，單位米 y坐標，單位米 x坐標，單位米 y坐標，單位米 x坐標，單位米 y坐標，單位米使用的介質的名稱，后建立的模型會把先建立的模型覆蓋住。但是數值模擬的該組命令是數值模擬的核心。一個輸入文件中可以出現多組數值模擬命令,控制命令必須放在#an alysis :和#e nd_a nalysis:之間。#an alysis: i1 filel cl數值模擬開始的命令。i1總步數filel模擬結果輸出文件名（*.out）cl類型，取值范圍a （文本文件）或b （二進制文件）#end_an alysis:數值模擬結束的命令，無參數。#

13、tx: fl f2 strl f3 f4發射天線的屬性。 fl發射天線位置的x坐標，單位米 f2發射天線位置的y坐標，單位米 strl定義過的發射天線的名稱 f3發射天線的延遲時間 f4發射天線的清除時間#rx: fl f2接收天線的屬性。 fl接收天線位置的x坐標，單位米 f2接收天線位置的y坐標，單位米#rx_box: fl f2 f3 f4 f5 f6 接收區域的屬性。-fl接收區域左下角的x坐標，單位米-f2接收區域左下角的y坐標，單位米-f3接收區域右上角的x坐標，單位米-f4接收區域右上角的y坐標，單位米-f5接收區域在x軸的步長，即 x，單位米-f6接收區域在y軸的步長，即 y，

14、單位米 #s napshot: i1 fl f2 f3 f4 f5 f6 f7 filel cl 或#sn apshot: i1 fl f2 f3 f4 f5 f6 i2 filel cl獲取模型一個區域內，某一時刻的電磁場的快照。-i1第幾道的掃描，值介于-fl區域左下角的x坐標,-f2區域左下角的y坐標,-f3區域右上角的x坐標,1 和 #an alysis :命令中的總步數。 單位米單位米單位米-f4區域右上角的y坐標，單位米-f5 區域在x軸方向上的采樣間隔，單位米-f6 區域在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-filel快照存儲的文件名（*.o

15、ut）-cl類型，取值范圍a （文本文件）或b （二進制文件）#tx_steps: fl f2發射天線的移動步長。 fl發射天線沿x軸的移動步長，單位米 f2發射天線沿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#lin e_source: f1 f2 str1 str2 f1發射天線的振幅 f2發射天線的頻率 str1信號波形，有五種： cont_sine 連續正弦波 sine脈沖正弦波 gaussian 高斯波 ricker 雷克子波 user用戶自定義的激勵函數-str2發射天線的

16、名稱 #excitati on _file: str1選擇用戶自定義的激勵文件。自定義激勵文件是文本文件。五、MATLAB繪圖筆者使用MATLAB7.0，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%設定當前目錄addpath D:GPR%設定本次搜索路徑2模型文件繪圖geo = 'fnamel.geo：mesh,header,media = gprmax2g(geo);M,N = size(mesh);i

17、magesc(1:N)*header.dx,(1:M)*header.dy,mesh) xlabel('Dista nce/m');ylabel('Depth/m');%獲取模型大小%繪圖%設置x軸標簽%設置y軸標簽3輸出文件繪圖 out = 'fnamel.out：Header,Fields = gprmax(out);%移動次數%天線每次所在位置%轉換數組格式%繪圖%顯示色彩條%設置x軸標簽%設置y軸標簽NN = 1:Header.NSteps;Position = Header.dx*Header.tx+(NN-1)*Header.dx*Heade

18、r.TxStepX);Data(:,:) = Fields.ez(:,1,:);imagesc(Positio n,Fields.t*1e9,Data)colorbar;xlabel('Dista nce/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 con crete#medium: 20.0 0.0 0.0 0.1 1.0 0.0 wet_sa nd #domain: 2.5 0.5#dx_dy: 0.0025 0.0025#time_wi ndow: 12e-9#

19、box: 0.0 0.0 2.5 0.45 wet_sa ndGet a cyli nder of free space and the n put a slab of con creteto cut it in half#cyli nder: 1.05 0.3 0.2 free_space#box: 0.0 0.3 2.5 0.45 con crete#cyli nder: 0.25 0.375 0.0125 pec#cyli nder: 0.45 0.375 0.0125 pec#cyli nder: 0.65 0.375 0.0125 pec#cyli nder: 0.85 0.375 0.0125 pec#cyli nder: 1