3D gpr仿真

我总是认为学生给我说的3D 仿真有问题，多次确认后，确实可以。

通过AI生成结果。

1. 模拟空间的定义

在输入文件中，以下代码定义了三维模拟空间：

#domain: 0.5 0.5 0.5
#dx_dy_dz: 0.002 0.002 0.002

• domain: 0.5 0.5 0.5 表示模拟空间的范围是 0.5 m×0.5 m×0.5 m0.5m×0.5m×0.5m，这是一个三维空间。

• dx_dy_dz: 0.002 0.002 0.002 表示在 𝑥x、𝑦y、𝑧z 三个方向上的网格分辨率均为 0.002 米，这是三维网格划分。

2. 几何结构的定义

在输入文件中，以下代码定义了三维几何结构：

#box: 0 0 0 0.5 0.5 0.01 soil
#box: 0.1 0.1 0.01 0.15 0.15 0.05 metal

• box 命令用于定义长方体，其参数为 (𝑥1,𝑦1,𝑧1,𝑥2,𝑦2,𝑧2)(x1​,y1​,z1​,x2​,y2​,z2​)，分别表示长方体的两个对角顶点的坐标。

• 例如，box: 0 0 0 0.5 0.5 0.01 soil 定义了一个从 (0,0,0)(0,0,0) 到 (0.5,0.5,0.01)(0.5,0.5,0.01) 的长方体，表示土壤层。

• 这种三维几何结构的定义是 3D 仿真的核心。

3. 天线的定义

在输入文件中，以下代码定义了三维空间中的天线位置：

#hertzian_dipole: z 0.05 0.05 0.02 0
#rx: 0.05 0.05 0.02
#rx: 0.1 0.1 0.02
#rx: 0.15 0.15 0.02

• hertzian_dipole 定义了发射天线的位置和极化方向。例如，z 0.05 0.05 0.02 0 表示天线位于 (0.05,0.05,0.02)(0.05,0.05,0.02)，沿 𝑧z 方向极化。

• rx 定义了接收天线的位置。例如，rx: 0.05 0.05 0.02 表示接收天线位于 (0.05,0.05,0.02)(0.05,0.05,0.02)。

• 天线的三维位置分布是 3D 仿真的重要特征。

4. 输出文件的维度

在输入文件中，以下代码定义了三维输出：

#geometry_view: 0 0 0 0.5 0.5 0.5 0.002 0.002 0.002 array_simulation n

• geometry_view 用于输出整个模拟空间的几何信息。

• 参数 (0,0,0,0.5,0.5,0.5)(0,0,0,0.5,0.5,0.5) 表示输出整个三维空间的数据。

• 输出的文件（如 .h5 文件）将包含三维空间的电磁场分布。

5. 结果的可视化

在分析结果时，以下代码读取三维数据：

with h5py.File(filename, 'r') as f: data = f['rxs']['rx1']['Ez'][()]

• 虽然这里只绘制了一个接收天线的信号，但实际输出文件（如 .h5 文件）中可能包含多个接收天线的数据，这些数据分布在三维空间中。

• 如果需要完全的三维可视化，可以使用工具（如 Paraview）加载 .h5 文件，查看整个三维空间的电磁场分布。

总结

上述代码通过以下方面体现了 3D GPR 仿真：

1. 三维模拟空间 的定义（domain 和 dx_dy_dz）。

2. 三维几何结构 的定义（box 命令）。

3. 三维天线分布 的定义（hertzian_dipole 和 rx）。

4. 三维输出数据 的生成（geometry_view 和 .h5 文件）。

# 3D_array_simulation.in
# 定义模拟空间
#domain: 0.5 0.5 0.5
#dx_dy_dz: 0.002 0.002 0.002
#time_window: 5e-9

# 定义材料
#material: 6 0 1 0 free_space
#material: 3 0 1 0 soil_er=4 sigma=0.01

# 定义几何结构
#box: 0 0 0 0.5 0.5 0.01 soil
#box: 0.1 0.1 0.01 0.15 0.15 0.05 metal

# 定义发射和接收天线
#hertzian_dipole: z 0.05 0.05 0.02 0
#rx: 0.05 0.05 0.02
#rx: 0.1 0.1 0.02
#rx: 0.15 0.15 0.02

# 定义输出
#geometry_view: 0 0 0 0.5 0.5 0.5 0.002 0.002 0.002 array_simulation n

python -m gprMax 3D_array_simulation.in

import h5py
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取输出文件
filename = 'array_simulation.h5'
with h5py.File(filename, 'r') as f:
    data = f['rxs']['rx1']['Ez'][()]

# 绘制波形
plt.plot(data)
plt.xlabel('Time steps')
plt.ylabel('Amplitude')
plt.title('Received Signal')
plt.show()