Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem:
http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4333| Propiedades eléctricas y magnéticas en la señal de Radar de Penetración Terrestre: Modelado directo y planteamiento del problema inverso Electrical and magnetic properties in the Ground-Penetrating Radar signal: Forward modeling and inverse problem statement | |
| ALEJANDRA IXCHEL SANCHEZ MARTINEZ | |
| LUIS ALONSO GALLARDO DELGADO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| conductividad eléctrica, georradar, GPR, permitividad, permeabilidad, susceptibilidad magnética Electrical conductivity, Ground-Penetrating Radar, permittivity, permeability, magnetic susceptibility | |
| El radar de penetración terrestre o georradar (GPR) es un método de prospección geofísica versátil y altamente resolutivo cuya señal se ve afectada por tres propiedades físicas: permitividad dieléctrica (ε), conductividad eléctrica (σ) y permeabilidad magnética (µ); sin embargo, es común considerar solamente la permitividad dieléctrica (en escasos casos la conductividad), y asumir que la permeabilidad magnética tiene una influencia poco significativa en los campos electromagnéticos (EM) en aplicaciones geofísicas. En este trabajo, analizamos el efecto distintivo de las tres propiedades, y con mayor detalle, el que tiene la permeabilidad magnética en la señal del radar más allá de la interpretación convencional. Para el modelado directo desarrollamos un algoritmo de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD), que considera heterogeneidades en ε, µ y σ para evaluar el tránsito de la onda electromagnética en distintos medios. Para los casos en una dimensión (1D) utilizamos modelos homogéneos. Para los ejemplos en 2D modelamos un ejemplo hipotético de medios equivalentes y modelos considerando un prospecto arqueológico hipotético. Para aproximar el problema inverso, planteamos una función objetivo restringida utilizando operadores de Lagrange y estimamos las derivadas de cada propiedad utilizando el método de campo adjunto. Del análisis de la señal EM considerando las tres propiedades, concluimos que la permeabilidad magnética no solo es tan relevante como otras variaciones de propiedades, sino que también es la única que afecta simultáneamente la velocidad y la atenuación de la onda electromagnética, e incluso puede producir una distribución de energía única, que se traduce en cambios en la polaridad de la señal del campo eléctrico o magnético, dependiendo de qué propiedad es la que está cambiando. Estos efectos son impredecibles por cualquier combinación de las otras dos propiedades EM, lo que aumenta la capacidad del GPR para caracterizar con mayor precisión los materiales del subsuelo.
Ground-Penetrating Radar (GPR) is a versatile and highly resolving geophysical survey method whose signal is affected by three physical properties: dielectric permittivity (ε), electrical conductivity (σ), and magnetic permeability (µ); however, it is common to consider only the dielectric permittivity (in rare cases, conductivity), and to assume that magnetic permeability has little influence on electromagnetic (EM) fields in geophysical applications. In this work, we analyze the distinctive effect of the three properties, and in more detail, that of magnetic permeability on the radar signal, beyond the conventional interpretation. For forward modeling, we develop a Finite Difference Time-Domain (FDTD) algorithm, which considers heterogeneities in ε, µ, and σ to evaluate the electromagnetic wave transit in different media. For the one-dimensional (1D) cases, we use homogeneous models. For the 2D examples, we model a hypothetical coupled-layer example and a hypothetical archaeological prospect. To approximate the inverse problem, we pose a restricted objective function using Lagrangian operators and estimate the derivatives of each property using the Adjoint Field Method. From the analysis of the EM signal considering the three properties, we conclude that magnetic permeability is not only as relevant as other property variations, but it is also the only one that simultaneously affects the speed and attenuation of the electromagnetic wave, and can even produce a unique energy distribution, which translates into changes in the polarity of the electric or magnetic field signal, depending on which property is changing. These effects are unpredictable by any combination of the other two EM properties, which increases the ability of the GPR to characterize subsurface materials more accurately. | |
| CICESE | |
| 2025 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Sánchez Martínez, A.I. 2025. Propiedades eléctricas y magnéticas en la señal de Radar de Penetración Terrestre: Modelado directo y planteamiento del problema inverso. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.102 pp. | |
| GEOMAGNETISMO Y PROSPECCIÓN MAGNÉTICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Ciencias de la Tierra |
Cargar archivos:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| tesis_Alejandra Ixchel Sánchez Martínez_2025.pdf | Descripción completa de la tesis | 24.73 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |