21、探地雷达数值建模方法解析

探地雷达数值建模方法解析

1. 数值建模在探地雷达中的重要性及挑战

信号处理和反问题需要对评估进行更完整的表示，涵盖天线、目标几何形状和传播波行为，这对于估计被测介质的深度相关介电常数和电导率至关重要。然而，无损检测（NDT）环境的数值建模存在诸多限制，不仅源于推导方程时所做的假设，还与实际采用的数值方法引入的额外误差有关。因此，选择合适的数值方法来解决问题以及处理其中的细节至关重要，且这取决于具体应用。

2. 常用数值方法的发展与要求

在20世纪60年代中期之前，电磁建模主要通过解析解实现，有时借助机械计算器辅助。但这种方式成本高、耗时长且适用范围有限。随着强大计算机的普及和编程语言的发展，数值技术得以更精确地应用。

一个有用的数值技术应满足以下最低要求：
- 足够的精度 ：由于所有数值方法都基于近似，精确解难以实现。简化求解过程、误差和属性的不确定性都会增加问题的复杂性，但解必须产生现实且有用的结果。
- 完整性 ：该方法必须能够模拟探地雷达环境的复杂细节，包含所有重要特征，并生成评估或算法训练所需的所有数据。
- 通用性 ：数值方法的投资通常较大，包括软件成本以及掌握和培训使用的时间成本。因此，所选方法应能处理各种可能遇到的应用场景，避免为不同场景使用不同方法。
- 低计算成本 ：所有设想应用的总体成本，至少对于某一类应用，应尽可能低。计算总成本需综合考虑时间投入、硬件和软件成本。

3. 选择数值方法的重要考虑因素

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