레이다파의 분산성 가이드 현상을 이용한 지하 물성 계산

Determination of dielectric property of subsurface by dispersive guided GPR wave

지표수의 토양층 침투에서와 같이 천부 토양층이 하부에 비하여 수분 함유량이 높은 조건하에서 레이다파는 감쇄되지 않고 습윤 토양층을 통하여 가이드 되는 현상을 보이는 경우가 발생한다. 이는 레이다파의 분산성 가이드 현상으로 천부 층의 두께가 레이다파의 파장보다 비슷하거나 작은 경우에 발생한다. 이 연구에서는 FDTD에 의한 수치 모델링을 수행하고 F-K 분석을 통하여 속도분산곡선을 획득함으로써 레이다파의 분산성 가이드 현상을 확인하였다.이와 같은 가이드 현상은 모드 전파이론으로 설명되며,이 연구에서는 이를 이용하여 2층 층서구조의 두 층의 유전율과 층의 두께를 정확히 계산할 수 있는 알고리듬을 개발하였다. 이론 모델링 자료에 대한 실험 결과 두층의 유전율과 두께를 정확하게 계산할 수 있었으며, 특히 고차 모드를 포함함으로써 그 정확도를 향상 시킬 수 있었다. 향후 비슷한 조건을 가지는 현장에 적용하여 정량적인 전기적 물성을 획득할 수 있을 것으로 기대된다.

When wet soil overlies dry soil, which can be found in the infiltration test, the radar wave is not attenuated and guided within wet soil layer. This phenomenon is known to be the dispersive guided wave and happens when the thickness of upper wet layer is less than or comparable to the wavelength of radar wave. In this study, we have conducted the FDTD modeling and obtained the velocity dispersion curve to identify the dispersive guided wave through F-K analysis. This guided wave can be explained by modal propagation theory and a simple inversion code was developed to obtain the two layer's dielectric constants as well as layer thickness. By inverting the dispersion curve from synthetic modeling data, we could obtain the accurate dielectric constants and layer thickness. Moreover, we could enhance the accuracy by including the higher mode data. We expect this method will be very useful to get the quantitative property of subsurface when the condition is similar.