论文题目: 介质不均匀性与探地雷达信号关系研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 地球探测与信息技术
作者: 方慧
导师: 魏文博
关键词: 探地雷达,介质不均匀性,时间域有限差分,三维数值模拟,物理模型实验
文献来源: 中国地质大学（北京）
发表年度: 2005
论文摘要: 在探地雷达资料处理和解释中,通常假设目标体周围介质是均匀的;然而,自然界中的物质,大多是由多种成分组成。这些物质的组成成分、结构及孔隙度、含水率等因素在一定尺度的范围内并非处处相同,即物质存在着不均匀性,并因此而影响电磁波在其间的传播特性。本文以“介质不均匀性与探地雷达信号关系研究”为题,利用数值模拟和物理模型实验方法分析研究介质在介电常数、电导率等物理性质及其在孔隙度和含水率等方面发生变化时,对雷达信号传播特征的影响规律。研究成果主要表现在以下几方面: 1.利用时间域有限差分方法实现了探地雷达三维正演计算。解决了目前探地雷达常见软件无法对模型介质加入干扰信号问题,为应用数值模拟技术开展介质不均匀性问题研究提供了有力工具。2.首次应用数值模拟方法研究了介质在介电常数、电导率、孔隙度及含水率发生变化时,对雷达信号传播特征的影响规律。并与物理模型实验结果进行了对比分析,证明了数值模拟方法的有效性。3.根据数值模拟结果,分析了当均匀介质中加入不同类型和强度的随机干扰时,雷达波场的背景“噪声”水平及传播特性的变化规律;分析了当介质的孔隙度或含水率发生改变时,介质的等效介电常数及雷达波幅值、传播速度等参数随孔隙度及含水率的变化规律,并对这些参数相对介质孔隙度或含水率变化的灵敏程度进行了对比分析。4.在介质含水率数值模拟中,不仅考虑了介质电导率的影响,也考虑了高频电磁场条件下,由于极化滞后效应造成的介电损耗,并利用物理模型实验结果与数值模拟结果的对比分析,证明了这种思路的合理性。5.通过物理模型实验,分析了沥青公路材料的等效介电常数及雷达波频谱及传播速度等参数随介质含水率的变化规律。在前人研究的基础上,进一步修改了介质含水率不均匀的数学模型参数,这些数学关系模型,经进一步实验验证后,可作为探地雷达用于公路工程勘察资料的解释和公路材料含水性评估的基础。
论文目录:
引言
第一章 基本理论
1.1 麦克斯韦方程组
1.2 电磁波在有耗介质中的传播特性
1.3 交变电场作用下介质的极化特征
1.4 介质含水率与介电常数之间的数学关系式
第二章 时间域有限差分法解探地雷达正演问题
2.1 时间域有限差分方程
2.1.1 Yee 氏剖分
2.1.2 时间域有限差分法方程
2.2 介质界面电磁参数、剖分单元尺寸及时间步长的选取
2.2.1 介质界面电磁参数的选取
2.2.2 剖分单元尺寸和时间步长
2.3 吸收边界条件及发射脉冲波形
2.3.1 吸收边界条件
2.3.2 发射脉冲波形
2.4 计算流程及计算结果检验
2.4.1 计算流程
2.4.2 自由空间解析解与数值解对比结果
2.5 小结
第三章 介质不均匀性与探地雷达信号关系的数值模拟研究
3.1 介电常数不均匀性与雷达信号传播特性关系
3.1.1 介电常数不均匀介质模型的设计
3.1.3 模型正演结果分析
3.2 介质电导率不均匀变化与雷达信号传播特性关系
3.2.1 电导率不均匀介质模型的设计
3.2.2 模型正演结果分析
3.3 介质孔隙度变化与雷达信号传播特性关系
3.3.1 模型的设计
3.3.2 模型正演结果分析
3.4 介质含水率变化与雷达信号传播特性关系
3.4.1 数值模拟模型一设计
3.4.2 模型正演结果分析
3.4.3 数值模拟模型二设计
3.5 小结
第四章:介质含水率与雷达信号关系的物理模型实验研究
4.1 物理模型实验一
4.1.1 洒水阶段
4.1.2 底部灌水阶段
4.2 物理模型实验二
4.3 物理实验结果分析
4.3.1 雷达波传播速度与介质含水率关系
4.3.2 介质介电常数与含水率关系
4.3.3 介质对雷达波的吸收特性与含水率关系
4.3.4 介质含水率与等效介电常数之间的数学关系模型
4.4 小结
结论与建议
主要参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文
发布时间: 2005-07-19
参考文献
- [1].探地雷达信号分辨率提高方法研究[D]. 张丽丽.吉林大学2012