Investigation of radar propagation in buildings: A 10 billion element Cartesian-mesh FETD simulation

Abstract

In this paper large scale full-wave simulations are performed to investigate radar wave propagation inside buildings. In principle, a radar system combined with sophisticated numerical methods for inverse problems can be used to determine the internal structure of a building. The composition of the walls (cinder block, re-bar) may effect the propagation of the radar waves in a complicated manner. In order to provide a benchmark solution of radar propagation in buildings, including the effects of typical cinder block and re-bar, we performed large scale full wave simulations using a Finite Element Time Domain (FETD) method. This particular FETD implementation is tuned for the special case of an orthogonal Cartesian mesh and hence resembles FDTD in accuracy and efficiency. The method was implemented on a general-purpose massively parallel computer. In this paper we briefly describe the radar propagation problem, the FETD implementation, and we present results of simulations that used over 10 billion elements.

Physics-based EM models in support of through-wall microwave imaging

“…However, isolated diffraction events may be incorporated into an "enhanced" ray theory by importing precomputed microscopic scattering characteristics [4], though the accompanying proliferation of new rays rapidly becomes overwhelming. If the diffraction events are not isolated, then fidelity can be provided only by a full-wave solution [5]. The latter is far too time-intensive for practical use in a tomographic inverse problem, and such features in the data therefore become unresolvable "noise".…”

Modeling Propagation in Multifloor Buildings Using the FDTD Method

“…Interestingly, most existing applications of time-domain methods to model propagation within buildings have assumed these buildings to be empty [6]- [11], [15]- [17] (though [11], [16], and [17] did assess the impact of different wall types). However, actual office buildings contain varying amounts of furniture and other metallic and dielectric clutter.…”

Υπολογιστική Ανάλυση Της Διάδοσης Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων Σε Ασύρματες Επικοινωνίες Εσωτερικού Χώρου

“…Βέβαια, αναλογιζόμενοι την πυκνή πλεγματοποίηση που απαιτεί η μέθοδος, σε συνδυασμό με τις τεράστιες σε σχέση με το μήκος κύματος διαστάσεις του υπολογιζόμενου χωρίου μπορούμε εύκολα να συμπεράνουμε ότι η εφαρμογή της μπορεί να είναι υπολογιστικά εφικτή, έστω και οριακά, μόνο σε διδιάστατα χωρία σχετικά μικρών Κεφάλαιο 8 διαστάσεων, όπως είναι για παράδειγμα η δομή δύο γειτονικών δωματίων [Lee and Lai, 1998], [Zygiridis et al, 2006]. Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφέρουμε μία πολύ πρόσφατη και ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα προσπάθεια εφαρμογής της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων στο πεδίο του χρόνου (FETD) σε ένα τρισδιάστατο πρόβλημα κυματικής διάδοσης σε επικοινωνίες εσωτερικού χώρου έκτασης πολλών δωματίων [Stowell et al, 2008]. Το πρόβλημα, με πλήθος αγνώστων 10 δισεκατομμύρια αντιμετωπίσθηκε με τη χρήση κατανεμημένης παράλληλης επεξεργασίας σε μεγάλο πλήθος κόμβων, γεγονός που καθιστά την ευρύτερη χρήση μιας τέτοιας μεθοδολογίας, ιδιαίτερα προβληματική.…”