时间域有限差分法(FDTD)对井中雷达的数值模拟

为了进一步认识雷达的探测性能，用数值模拟的方法来研究各种地质条件下雷达的信号反应。时间域的麦克斯韦差分方程可以用一系列的差分方程来表达，这个过程叫做时间域有限差分法(FDTD)。该方法可以有效地计算三维空间中电磁场的时间域信号。引入了可包含局部小网格的技术，计算精度和效率都得到了提高，同时，作为发射和接收的偶极子天线的模拟方法也得到了充分的考虑。计算了充水裂缝和一种矿体的井中雷达信号响应。结果表明，井中雷达可以用于探测地下充水裂缝和矿体。     

时域有限差分法在地质雷达正演模拟中的应用

时域有限差分法是麦氏方程的差分形式的数值解法,用于求解任意复杂目标与电磁场的相互作用问题。本文把这一理论应用于地质雷达的数值模拟,得到满意的结果。     

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。     

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。     

有限差分法探地雷达波动方程偏移成像

在探地雷达（Ground-Penetrating Radar,简称GPR）剖面中，由于绕射波的存在，使得资料的处理解释十分困难，其结果的准确性与真实度也会降低。针对这一问题，作者提出了探地雷达有限差分波动方程偏移法，首先进行了理论模型的实验分析，在此基础上我们对实测GPR剖面资料进行分析处理，取得了较好的成果。     

盾构开挖面不良地质的探地雷达图像模拟与识别

本文探讨应用探地雷达探测地铁隧道施工中可能遇到的如地下空洞、暗河、建筑物桩等不良地质,模拟并识别典型不良地质的探地雷达图像特征规律,以完善探地雷达资料解释库。     

基于FDTD数值技术分析反向障碍物对探地雷达采集数据的影响

为了分析与雷达探测方向相反方向的障碍物对雷达采集数据的影响,以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法（FDTD）,建立相应的地质模型,进行探地雷达二维正演模拟。结合工程实例,对福建某隧道的雷达探测数据进行分析研究。研究结果表明,在使用探地雷达进行目标体探测时电磁波并非仅向探测方向发射和传播,在天线的四周都会有电磁波发射出来,而非探测方向上的电磁波将会对雷达采集的数据产生一定的影响,干扰数据解释人员解译的准确性。因此在使用探地雷达和解译雷达数据时,要了解现场环境和剔除干扰波,做到对探测目标体的正确判断。     

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。     

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。     

煤火区浅部松散煤体及采空区的探地雷达响应特征

探地雷达对浅层勘探具有较高分辨率,为煤田火区浅部松散煤体或采空区等典型火源地质结构探测提供了重要手段。然而如何识别各种火源地质结构体,确定火区重点范围还存在一定的理论不足。基于电磁波理论,采用时域有限差分法正演模拟了火区典型地质体地电模型雷达响应,其特征表现为：松散跨塌煤体对应雷达响应绕射波严重,其内部波形紊乱;空洞区顶界面回波能量强,较为连续,其内部无绕射。正演模拟和现场测试研究表明：探地雷达对识别浅埋火区煤层松散跨落程度,圈定火烧重点区域,减少灭火成本和火区开采安全事故具有重要的现实意义。     

FDTD方法模拟探地雷达探测硝基苯在介质中分布及电磁波响应特征

采用时间域有限差分方法对硝基苯在介质中的存在状态进行探地雷达的探测模拟,研究硝基苯在介质中的分布及电磁响应,讨论使用探地雷达探测硝基苯污染的可行性和分析污染程度,为污染的监测和治理提供信息。     

一种超宽带小型化探地雷达天线的设计

通过对蝶形偶极子天线复合加载的方式形成一种小型化的探地雷达天线,多种加载方式的引入不但使天线具有宽频带的性能,而且设计的天线尺寸与理论计算尺寸相比也大大减小。在天线后方引入背腔设计,增加了天线的方向性和抗干扰能力。所设计的天线具有1.5~4 GHz的频带宽度,且天线的方向性良好。设计的天线已成功应用于LTD探地雷达2.2 GHz天线系统和3 GHz的液态危险品检测天线系统中。     

探地雷达自适应天线的数值仿真

探地雷达系统中的自适应天线采用长条形偶极子单元天线构成等效蝶形天线,通过接通和断开相应单元天线,改变天线自身的等效张角,使其能达到改变天线在土壤中覆盖区域的目的。采用有限积分法对该天线在分层土壤环境下的覆盖区域以及单一土壤环境下的阻抗匹配能力进行了数值仿真,仿真结果表明,该天线对不同大小和形状的目标物体具有自适应能力。     

祁连山老虎沟12号冰川冰内结构特征分析

利用探地雷达(Ground Penetration Radar,GPR)调查冰川冰内结构和冰层厚度是一种监测冰川变化常用手段.应用麦克斯维(Maxwell)方程的二维时域有限差分(FDTD)方法,通过将模拟图像与老虎沟12号冰川的实测图像的对比,分析了雷达剖面中的几种反射特征,如冰裂隙、融洞、暖冰等.对比结果表明,GP...     

三维介质中探地雷达(GPR)波传播逐段迭代射线追踪方法研究和应用

基于F erm at原理和Sne ll定理对三维任意界面情况下的两点间GPR波传播射线追踪问题进行了研究,采用了一个适用于任意界面情况下计算反(折)射点的一阶近似公式,从任意给定的初始路径出发进行逐段迭代计算,给出了三维逐段迭代射线追踪算法的计算格式,并进行了三维介质下射线追踪计算。结果表明计算速度相当快,且其计算精度可以根据需要达到任意要求。在此基础上,根据雷达波传播规律,考虑每一段的能量损失。根据地质雷达的发射子波,最终获得三维介质中雷达波传播和接收记录。并将结果应用于实际剖面拟合中,提高了解释的精度。     

探地雷达在古墓遗址探测中的应用——以北京市通州区古墓群探测为例

探地雷达是一种无损探测技术,数据采集速度快,图像直观,在地下考古探测中的作用越来越大.本文以北京市通州区古墓群为目标,利用探地雷达首先在已发现但未开挖的古墓上进行探测,分析探地雷达图像中古墓的的典型异常特征;在未知区域进行探测,找出图像中有古墓反射特征的异常区域,并用洛阳铲进行验证.通过验证,探地雷达探测结果与实际开挖验证的结果比较一致.实践表明,探地雷达技术对探测古墓遗址具有很好的效果.     

瞬变电磁法(TEM)和激发极化法在金矿勘探中的应用

本文简述了脉冲瞬变电磁法(TEM)和激发极化法在贵州×××金矿勘探中的综合应用。介绍了TEM瞬变电磁法、激发极化法原理、工作仪器及工作中所采用参数及资料整理中所有分析解释软件,选择了黄泥堡金矿10线TEM剖面、激电剖面作为实例进行异常解释推断并结合电测深及钻孔资料对异常进行了验证。     

电缆地层测试器的有限元数值模拟

电缆地层测试器的数值模拟是仪器研制和测井解释方法研究的基础。应用有限元技术,建立了三维电缆地层测试器的数值模拟程序。在理论研究方面,提出了可变管线存储体积的边界条件。在程序研究方面,采用时间的向后差分解决了程序的稳定性问题;采用时间的变步长技术提高了程序的运行效率。