نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

مدلسازی عددی و ارزیابی عملکرد سامانه رادار زمین نفوذ در استخوان یابی در صحنه نبرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران. ایران
10.22034/joeds.2026.577250.1117
چکیده
در این مقاله، یک سامانه رادار زمین‌نفوذ (GPR) با هدف تشخیص و مکان‌یابی استخوان‌های انسانی مدفون در شرایط صحنه نبرد، به صورت عددی مدلسازی و شبیه‌سازی شده است. روش تفاضل محدود در حوزه زمان (FDTD) به همراه شرط مرزی لایه کاملاً منطبق پیچیده (CPML) برای شبیه‌سازی انتشار موج و برهم‌کنش با خاک و هدف به کار رفته است. پارامترهای الکترومغناطیسی خاک (بر اساس نمونه‌های واقعی از مناطق شلمچه و طلائیه در استان خوزستان) و استخوان (اندازه‌گیری آزمایشگاهی روی نمونه‌های قدیمی و جدید در بازه ۲۰۰ مگاهرتز تا ۲ گیگاهرتز) در مدل اعمال شده‌اند. نتایج کمی نشان می‌دهد که در فرکانس ۲۵۰ مگاهرتز و عمق ۲ متر، نسبت سیگنال به نویز (SNR) برابر ۱۴.۸۶ دسی‌بل و در عمق ۴ متر (فرکانس ۲۰۰ مگاهرتز) برابر ۲.۳۷ دسی‌بل است. حضور یک شیء فلزی (کلاه خود) در مجاورت استخوان، SNR را به طور غیرخطی تا ۳۱ دسی‌بل افزایش می‌دهد. فرکانس‌های پایین (۲۰۰-۲۵۰ مگاهرتز) برای نفوذ در اعماق بیشتر و فرکانس‌های بالاتر (۵۰۰ مگاهرتز) برای وضوح بهتر اهداف کوچک مناسب‌ترند. مدل نویز سفید گاوسی فرض شده و آستانه آشکارسازی حدود ۱۲ دسی‌بل تعیین گردید. احتمال آشکارسازی (Pd) در عمق ۲ متر بیش از ۰.۹۵ و احتمال هشدار کاذب (Pfa) کمتر از ۰.۰۱ برآورد شده است. به دلیل محدودیت مدل دو‌بعدی و فرض خاک همگن، نتایج باید در شرایط میدانی واقعی با احتیاط تفسیر شوند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Modeling and Performance Evaluation of a Ground-Penetrating Radar System for Bone Detection on the Battlefield

نویسندگان English

مرتضی کازرونی 1
Mojtaba Rostami 2
Kiyan Keighobad 2
Hamid Heidar 2
1 malk ashtar university
2 Malek Ashtar university tehran. iran
چکیده English

In this paper, a ground-penetrating radar (GPR) system for the detection and localization of buried human bones in battlefield conditions is numerically modeled and simulated. The finite-difference time-domain (FDTD) method with the complex perfectly matched layer (CPML) absorbing boundary condition is employed to simulate wave propagation and interaction with the soil and target. The electromagnetic parameters of the soil (based on real samples from the Shalamcheh and Tala'eyeh regions in Khuzestan Province) and bone (measured experimentally on fresh and aged specimens in the frequency range of 200 MHz to 2 GHz) are incorporated into the model. Quantitative results show that at 250 MHz and a depth of 2 m, the signal-to-noise ratio (SNR) is 14.86 dB, while at 4 m depth (200 MHz) the SNR is 2.37 dB. The presence of a metallic object (helmet) near the bone nonlinearly increases the SNR by up to 31 dB. Lower frequencies (200–250 MHz) are more suitable for deeper penetration, whereas higher frequencies (500 MHz) provide better resolution for small targets. A white Gaussian noise model is assumed, and a detection threshold of approximately 12 dB is determined. The probability of detection (Pd) at 2 m depth exceeds 0.95, and the probability of false alarm (Pfa) is estimated to be below 0.01. Due to the limitations of the 2D model and the assumption of homogeneous soil, the results should be interpreted with caution when applied to real field conditions

کلیدواژه‌ها English

Numerical Modeling
Ground-Penetrating Radar
FDTD
CPML
Signal-to-Noise Ratio
Nonlinear Detection

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 20 شهریور 1405