探地雷达信号的高阶时间域有限差分模拟

探地雷达信号时域有限差分法模拟,多采用二阶精度的中心差分法近似（FDTD（2．2））,虽然计算简单,但数值色散误差较大,影响了模拟精度。在解决较复杂介质分布的探地雷达信号时,不能很好地反映信号的精细变化。而高阶时域有限差分模拟能减少数值色散带来的误差,提高了模拟的精度。采用各向异性完全匹配层（UPML）作为吸收边界条件,实现了高阶计算,有效地吸收边界电磁波反射,而且提高了计算效率。通过模拟的结果分析可知,高阶时域有限差分法能很好地提高模拟精度。     

复杂地电模型的探地雷达时域有限差分正演

目前探地雷达正演模拟。都是针对简单的层状模型、圆状空洞、正方形空洞等单一的规则模型,而对于地下弯曲的界面或“V”字形等复杂模型的正演,实现起来较为困难。然而,地下构造是复杂的,因此,对复杂地电模型的正演研究显得更为重要。这里以麦克斯韦两个旋度方程为基本出发点,运用K.S.Yee的空间网格模型理论和时域有限差分法的基本原理,推导出二维空间的探地雷达正演方程组,通过讨论数值频散关系及其产生原因,推导出符合探地雷达实际传播规律的理想频散关系。为解决正演模拟时截断边界处的超强反射,采用了Mur超吸收边界条件．并以自制的探地雷达正演模拟程序为依托,对两个复杂的探地雷达模型进行了正演模拟,得到了正演剖面图。从其后模拟实例中的两正演剖面图可以看出,边界截断处的干扰波被大大地减少,消除边界反射后的雷达剖面能更好地指导工作人员进行地质解释,从而达到了把雷达的正演研究深入到复杂地电模型中去的目的,使正演研究更符合实际的地质情况。     

基于GprMax的道路空洞三维探地雷达正演数值模拟

探地雷达(GPR)方法具有高效、高分辨率、无损探测等优势,广泛应用在城市道路病害体探测中。三维探地雷达是近年来发展起来的新技术,通过三维阵列天线进行三维数据采集,对道路病害体具有更高的空间分辨率和测量精度。本文利用基于三维时域有限差分方法原理的GprMax 3D软件,针对以空洞为代表的典型道路病害体,开展充气型和充水型空洞三维探地雷达正演模拟工作,获得两种不同填充类型空洞的三维雷达数据体,对数据体不同方向的图像特征进行分析,并结合工程实例,验证了正演模拟结果的可靠性。该研究对三维探地雷达实测图像解译和提高检测结果判定的可靠性具有重要的指导意义。     

隧道衬砌空洞探地雷达图谱正演模拟研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,实时获得雷达图谱。然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,隧道衬砌空洞探地雷达图谱的辨识还存在一定的问题。据此,通过不同环境的试验得到空洞雷达图谱特征,并利用二维时域有限差分法对衬砌空洞雷达图谱进行正演模拟。采用VC++语言编写探地雷达正演模拟程序,对隧道衬砌检测中常见的几种空洞模型进行正演模拟,得出模拟波形和图谱,并与实测隧道衬砌空洞的探地雷达波形和图谱进行对比。结果表明,模拟图谱与实测结果相似,具有较明显的空洞特征。良好的结果也验证了二维时域有限差分法（2D-FDTD）正演模拟的可行性。     

介质含水率与探地雷达信号关系数值模拟

采用时间域有限差分技术实现了探地雷达三维正演计算,并以此对介质含水率与探地雷达信号关系开展了数值模拟研究.物理模型实验与数值模拟计算结果的对比分析证明了数值模拟的有效性.     

矿井地质雷达正演中的两个理论问题

从麦克斯韦方程组出发,建立了矿井地质雷达的时域有限差分法(FDTD)数学模型,导出了理想频散关系和超吸收边界条件.理想频散关系能真实地反映雷达波在地下介质中的传播规律,压制数值频散现象超吸收边界条件能有效减小截断边界的伪反射,提高正演精度.将之应用于实际计算,取得满意效果.     

探地雷达在检测预应力梁钢绞线孔注浆效果的应用

利用探地雷达进行预应力孔道注浆质量检测,根据Maxwell方程时域有限差分与Yee氏剖分网格,采取广义完全匹配层（GPML）作为吸收边界,对钢绞线注浆孔道中同埋深不同形状的含水及含气空洞进行二维正演,并结合工程进行开窗验证,总结得出同埋深不同形状、不同类型缺陷的探地雷达图像特征及其规律,为探地雷达法检测波纹管注浆饱满度提供必要的理论依据。     

探地雷达隧道衬砌病害检测正演模拟及应用

随着经济地发展,基础设施也得到了快速地发展,而隧道衬砌病害检测也受到越来越多的重视,探地雷达作为一种无损检测方法,在隧道衬砌检测中的应用十分广泛,且效率高、效果好。这里依据探地雷达的基本原理,基于时域有限差分正演模拟了隧道衬砌中含不同异常体的雷达图像特征。根据正演计算了空洞的尺寸,与理论模型对比验证了其准确性,并与实际检测图像作对比分析了隧道中病害的图像特征,为隧道衬砌病害识别提供借鉴。     

时域有限差分法(FDTD)模拟探地雷达极化测量

由于探地雷达偶极天线具有电磁极化特性,其发射天线主要发射沿着天线长轴方向的线性极化波,而接收天线对这种极化方向的电磁波也最灵敏。因此,在对混凝土中钢筋、电缆等目标体进行检测时,利用天线的极化特性可以了解目标体的延伸。时域有限差分法是麦克斯韦方程的直接时域法,其计算简单、直观、灵活性强、计算精度高、动态范围大。利用时域有限差分法(FDTD)对地质雷达极化测量进行了正演模拟,取得了很好的效果。     

探地雷达时域有限差分法正演模拟

在以往雷达波的正演模拟中,借鉴地震波中成熟的正演模拟方法,均采用模拟声波方程的方法,精度不够高。因此从麦克思韦方程组出发,采用目前电磁场理论中最常用的时域有限差分法,对探地雷达进行了正演模拟。为了进一步说明其正确性,对正演模拟的结果又进行了偏移处理,从结果看出该方法的正确性及可行性。     

探地雷达在预应力梁钢绞线孔道注浆质量检测中的应用

混凝土桥梁波纹管的注浆饱满程度直接关系到桥梁的安全和使用寿命,目前还没有能够准确检测波纹管注浆质量的方法。使用广义完全匹配层（GPML）作为吸收边界,依据时域有限差分法（FDTD）,对钢绞线注浆孔道中同埋深不同大小的空洞进行二维正演,并结合工程进行开窗验证,总结不同缺陷的雷达图像特征及其规律,为探地雷达法检测波纹管注浆饱满度提供了理论依据。      

地质雷达正演中的频散压制和吸收边界改进方法

从麦克斯韦方程组出发,建立了地质雷达的时域有限差分法（ＦＤＴＤ）数学模型,导出了理想 散关系和超级吸收边界条件。理想频散关系 考虑了ＦＤＴＤ法的收敛性和稳定性,也考虑了高频电磁波在Ｙｅｅ氏网格中的传播特点;超吸收边界条件则用磁场分量来提高电场分量精度。数值试验表明,理想频散关系能真实地反映雷达波在地下介质中的传播规律,超吸收边界条件能有效减小截断边界的伪反射,提高正演精度。将之应用于实际计算,取得     

地质雷达数值模拟中有损耗介质吸收边界条件的实现

利用时间域有限差分(FDTD)法将麦克斯韦方程进行离散化,可以对地质雷达进行数值模拟。利用完全匹配层(PML)作为吸收边界条件可以有效地吸收向外的电磁波,从而大大提高了计算效率。对于有损耗介质的情况,采用扩张坐标系下改正的麦克斯韦方程,只要扩张变量满足一定的关系,同样可有效地吸收向外的电磁波, 这种吸收边界条件称为通用完全匹配层。     

用Visual C++开发地质雷达正演模拟软件

从地质雷达的正演原理着手，通过对数值稳定性条件、数值频散关系、源的设计、边界条件等理论的探讨．用Visual C 语言编写出一套能对常见的二维地电模型进行正演模拟和对地质雷达的原始信息进行读取与写入的软件。     

矿井地质雷达超前探测正演模拟

用时间域有限差分(FDTD)法建立矿井地质雷达的模型。采用理想频散关系和超吸收边界条件,对几个典型矿井地电模型进行了正演模拟,研究了矿井地质雷达超前探测的剖面特征。巷道对各道直达波能量分布及波列形状有明显影响;煤岩分界面主要影响反射波能量分布。      

形状约束的Snake算法在探地雷达图像目标自动提取中的应用

对探地雷达图像进行处理，提取目标的精确轮廓，从而正确估计出地下管线的管径、埋深等参数是自动定位的关键技术。考虑到地下管线的回波形状是已知的，理论上为双曲线，作者采用加入形状约束的改进Snake算法（Active Contour Model)对探地雷达图像进行目标提取，并对其在实用中不稳定的特点，做了进一步改进。对于Snake算法的初始包络自动提取，作者在文中也提出了一种新的方法。实验结果表明本方法迅速可靠，已应用于实际的探地雷达中。     

基于FDTD的月壤分层雷达探测正演模拟

“嫦娥三号”巡视器上搭载的测月雷达通过500 MHz频率的天线,对巡视路线上的月壳浅层结构进行剖面式观测,能探测到月球地底下30 m深土壤层的结构。为了更好地分析测月雷达的探测结果,文中对月壤分层进行正演模拟,月岩层的介电常数采用与“嫦娥三号”登月点位置最近的Apollo 15的电性参数近似代替,月壤的介电常数是一个和密度相关的值且随深度的变化而变化。根据以上参数建立模型,基于时域有限差分（FDTD）原理,利用GprMax对月壤分层结构进行模拟,建立的模型包括月表介电常数随深度变化二层模型和月岩层存在下界面三层模型,并对其波形特征进行分析,找到月壤层次划分的一般规律,对“嫦娥三号”测月雷达数据的分析提供理论依据。     

探地雷达数据的S变换时频分析

S变换自问世以来,凭借其优越性已经被广泛地应用于数字信号处理中。对模拟的探地雷达数据和实测的探地雷达数据进行S变换时频分析。其中探地雷达数据的模拟采用时域有限差分法,地电模型为层状介质,通过S变换时频分析,可以更有效地区分薄层状介质。对实测的探地雷达数据进行S变换时频分析,去除了部分噪音干扰,突出有效信号,图像更直观,易于图像的解译。     

基于背景矩阵减法的探地雷达杂波信号抑制方法研究

探地雷达是探测浅层地下目标并对其空间分布进行成像的重要地球物理方法之一,但在实测雷达剖面中,目标反射信号不可避免地会受到直达波和地面反射波等杂波信号的干扰。为了提高探地雷达数据解译的可靠性和准确性,需要对杂波进行抑制或去除。提出一种背景矩阵减法来抑制杂波信号,并通过两组仿真数据和两组实测数据示例与减平均道法、奇异分解法对杂波抑制效果进行对比分析,结果表明背景矩阵减法的效果明显优于减平均道法和奇异分解法,可以在保证有效信号不丢失,幅值和相位不失真的基础上,使杂波得到较好地抑制,有助于识别探地雷达剖面中目标信号的特征,提高数据解译准确性和可靠性。     

探地雷达应用于城市固体废弃物填埋场的构想

介绍了探地雷达技术的基本工作原理及其在某些领域的应用效果,提出了应用探地雷达技术进行城市固体废弃物填埋场选址、渗漏检测以及封场后覆盖层厚度测定等研究的构想,并探讨了探地雷达技术的可行性和技术优势。在总结相关文献的基础上,结合现场调查认为,应用探地雷达技术进行填埋场选址、渗漏检测以及封场后覆盖层厚度测定等研究工作是行之有效的一种新方法。