地质雷达在预应力梁钢绞线孔道注浆质量中的研究

预应力梁钢绞线孔道注浆饱满程度直接关系到桥梁的安全和使用寿命,对其施工工艺的控制和注浆效果的检测越来越受关注。运用时域有限差分法（FDTD）,采用广义完全匹配层（GPML）作为吸收边界,对常见注浆孔道缺陷进行二维正演,结合工程开窗验证,总结缺陷的雷达图像特征和规律,为地质雷达法检测注浆饱满度提供依据。     

隧道前方不良地质体探地雷达正演模拟研究

探地雷达正演模拟是反演和剖面判释技术的基础,是人工识图的依据,可以提高图像解释的精度和准确度。从概括宏观电磁场规律的Maxwell旋度方程出发,运用Yee网格模型和中心差分公式,通过引入复介电常数,推导了二维单轴各向异性理想匹配吸收边界的电、磁场离散差分公式,并用MATLAB语言编写了基于单轴各向异性理想匹配吸收边界的二维横磁波探地雷达数值模拟程序,运用该程序对隧道前方断层破碎带、方形和圆形溶洞进行了正演模拟,揭示了不同地质体的图谱特征、反、绕射规律和传播特性。模拟结果表明：单轴各向异性理想匹配吸收边界能有效抑制差分网格截断边界处非物理因素反射,很好地突出有效波,更便于工作人员依据图谱准确地进行地质解释。     

TE波照射下圆柱RCS计算方法的比较

运用矩量法、时域有限差分法和解析法对不同电尺寸的无限长圆柱双站RCS进行计算，用时域有限差分法计算时分别采用Mur吸收边界和完全匹配层吸收边界、仿真结果表明矩量法有较高的精度，时域有限差分法效率较高但在某些角度存在误差．研究结果为更好地运用时域有限差分法提供了依据。     

二维DGTD方法中UPML吸收边界的实现

针对二维情形单轴各向异性完全匹配层吸收边界条件,研究了横磁波情形时域离散伽略金算法单轴各向异性完全匹配层吸收边界的理论基础和实现方案．借鉴时域有限差分方法--时域离散伽略金算法中吸收边界阻抗匹配、各向异性介质参数设置和匹配矩阵等思想,结合时域离散伽略金算法空间离散网格的非结构特性和离散单元之间场量传递的特点,给出了在单轴各向异性完全匹配层中电磁场量时域迭代公式,进一步离散成为离散时域迭代计算式．由于时域离散伽略金算法网格的非结构特性,一阶SM吸收边界条件一般对入射电磁波的反射率在-24dB左右．仿真算例说明,给出的时域离散伽略金算法单轴各向异性完全匹配层吸收边界对电磁波的双重衰减达130dB,表明单轴各向异性完全匹配层具有良好的吸收效果．     

在PML边界条件下锥形波导内场分布研究

根据Yee氏的时域有限差分（FDTD）方法模拟了具有PEC（Perfectly Electric Conducting）边界的锥形波导内场分布情况，同时为了减少外行传播时在网格截断处的反射，在计算域中引入了Berenger完全匹配层（Perfectly Matched Layer，PML），证明了PML吸收边界条件应用于光波导结构分析的有效性。     

圆柱坐标系下的网格波阻抗及其应用

从圆柱坐标系下麦克斯韦方程的时域有限差分式和特征解出发 ,引入了二维和三维圆柱坐标系下网格波阻抗 (MWI) .结合完全匹配吸收层 (PML)概念 ,推导出了二维圆柱坐标系下的MWI PWL吸收边界条件算法 .通过数值实验 ,研究了圆柱坐标系下网格波阻抗的正确性和它在圆柱坐标系下时域有限差分法 (FDTD)中的应用 .计算结果证明 ,当采用非均匀圆柱坐标系下FDTD法计算时 ,圆柱坐标系下网格波阻抗可以较准确地计算由于网格尺寸不同造成的数值反射误差 .同时 ,网格波阻抗也为确定网格尺寸容许可变的范围提供了理论标准 .二维圆柱坐标系下的MWI PML是一种简单、低反射的吸收边界条件 ,与Teixeira的完全匹配吸收层相比 ,其引起的数值反射误差增加不大但更易于实现 .     

地下二维各向异性圆柱目标近场计算的FDTD方法

利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了地下二维各向异性介质目标的散射特性。首先,总体模型采用经典的半空间总场/散射场模型,吸收边界采用各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer, UPML);其次,入射源使用高斯脉冲,并通过一维FDTD法添加到时域迭代方程中;最后分别计算了地下二维电各向异性介质和地下二维磁各向异性介质的散射,给出了目标尺寸,土壤电参数对目标散射场的影响。通过与仿真软件FEKO的对比和模型误差分析,验证了算法和程序的可靠性。     

路面结构中探地雷达传播精确高效数值模型

探地雷达(GPR)目前已经广泛应用于路面质量评价中,通过对GPR回波信号进行反演分析可以得到路面各层材料的厚度、介电常数等指标.构建探地雷达电磁波在路面结构层中传播的精确高效数值模型是保证反演精度和反演速度的关键.基于精细积分方法建立探地雷达电磁波在层状结构中传播的数值模型,该模型可精确模拟层状介质中探地雷达电磁波的传播过程.数值计算结果表明,模拟信号在波幅、时延等关键指标方面与实测波形吻合良好.此外,相比于传统时域有限差分方法,同等精度下,本算法可节省约40%的计算时间.     

预条件共轭梯度法在频域有限差分法分析二维柱体电磁散射问题中的应用

本文引入预条件共轭梯度法，提出了结合频域有限差分法结合分析二维柱体的电磁散射问题，数值计算过程中利用Mur二阶吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格。作为算例，文中分析了一无限长理想导体柱对平面电磁波的散射，由于使用了预条件共轭梯度法求解差分矩阵方程，从而减少了计算时间。数值结果表明了该方法的有效性。     

基于2.5维有限元-完全匹配层技术的隧道振动建模研究

为解决隧道受周围区域复杂影响的三维隧道动力模拟问题，基于有限单元法，采用2.5D技术，应用完全匹配层（PML）处理由有限单元网格截断的边界，提出一种针对超长隧道结构动态性能模拟的高效、精确解法。结合2.5D技术、有限单元法（FEM）及完全匹配层（PML）的方法并不常见，推导2.5D技术和有限单元法（FEM）结合法的方程，着重说明其与2.5D技术和完全匹配层（PML）结合法的兼容性。通过与常用数值模型（MEF-MEC）和半解析解（PIP）法的结果验证，证明了模型的准确性，并进行了参数研究，以评估隧道和土体性质对土体振动的影响。结果表明：提出的2.5D MEF-PML方法能够解决有限元法不能处理无限域的缺点，与常规PML法相比,精度更高，在隧道动力分析时，能准确考虑隧道周围区域因素的影响。     

Finite difference time domain method forward simulation of complex geoelectricity ground penetrating radar model

The ground penetrating radar（GPR） forward simulation all aims at the singular and regular models, such as sandwich model, round cavity, square cavity, and so on, which are comparably simple. But as to the for- ward of curl interface underground or “v” figure complex model, it is difficult to realize. So it is important to for- ward the complex geoelectricity model. This paper takes two Maxwell＇s vorticity equations as departure point, makes use of the principles of Yee＇s space grid model theory and the basic principle finite difference time domain method, and deduces a GPR forward system of equation of two dimensional spaces, The Mur super absorbed boundary condition is adopted to solve the super strong reflection on the interceptive boundary when there is the forward simulation. And a self-made program is used to process forward simulation to two typical geoelectricity model.     

超吸收边界条件在地质雷达剖面正演中的应用

运用时域有限差分法正演地质雷达剖面时,边界条件的吸收特性对计算结果起着关键性作用．为了使截断边界的影响尽可能小,对边界条件的吸收特性进行了研究,提出了超吸收技术,让电场与磁场分量同时参与边界条件的计算,采用误差抵消的原理,首先减小截断边界对磁场分量的畸变,进而以此比较精确的磁场值重新计算边界上的电场,从而得到更加精确的电磁场值．数值试验表明,它能有效地减小截断边界的伪反射,提高计算精度．把这一技术用于地质雷达剖面的正演合成,得到了满意结果．     

FDTD Computation of Scattering by Buried Objects

A computational approach of scattering by buried objects is presented by using finite-difference time- domain （FDTD） method, the uniaxial perfectly matched layer （UPML）, and reciprocity theorem. The nu- merical performance of this approach is investigated by numerical experiments. The radar cross sections （RCS） of various buried objects with different electrical sizes, shapes, dielectric constants, are computed and ana- lyzed. The results show that for the conducting cube, the RCS curves are fluctuant, but for the sphere shape one, the curves are smooth. Comparing with scattering in the free space, the ground greatly affects the RCS by dielectric targets, but little does by conducting targets. For the buried dielectric objects, iterative steps can be evaluated by four to five round-trip traversals of the Huygens box, but for the conducting ones, the time steps can be reduced to three round-trip traversals. When the ground is lossy, the run-time can be reduced more to two round-trip traversals.     

An element-free Galerkin method for ground penetrating radar numerical simulation

An element-free Galerkin method(EFGM) is used to solve the two-dimensional(2D) ground penetrating radar(GPR)modelling problems, due to its simple pre-processing, the absence of elements and high accuracy. Different from element-based numerical methods, this approach makes nodes free from the elemental restraint and avoids the explicit mesh discretization. First, we derived the boundary value problem for the 2D GPR simulation problems. Second, a penalty function approach and a boundary condition truncated method were used to enforce the essential and the absorbing boundary conditions, respectively. A three-layered GPR model was used to verify our element-free approach. The numerical solutions show that our solutions have an excellent agreement with solutions of a finite element method(FEM). Then, we used the EFGM to simulate one more complex model to show its capability and limitations. Simulation results show that one obvious advantage of EFGM is the absence of element mesh, which makes the method very flexible. Due to the use of MLS fitting, a key feature of EFM, is that both the dependent variable and its gradient are continuous and have high precision.     

RIS-K2探地雷达在地下管线竣工测量中的应用

本文首先介绍探地雷达(GPR)方法原理、常见介质的电磁学特征,地下管线的探地雷达异常特征;其次简述了RIS-K2雷达的特点和参数选择、探测方法;最后对近间距平行管线、金属和非金属(给水砼、给水PVC、煤气PE等)管线雷达探测的各种典型图像进行了说明。     

西藏壁画空鼓病害的探地雷达检测

以高频脉冲电磁波在层状有耗色散介质中的传播规律为理论依据,在室内模拟试验的基础上,运用RAMAC GPR探地雷达对表面有涂层的西藏壁画进行壁面耦合式空鼓病害检测。实验表明,超宽带探地雷达方法适用于检测壁画内部的空鼓病害,配备中心频率1.6 GHz天线时的垂直分辨率约为5 mm。在壁画空鼓病害的定量检测方面做了有益的尝试,促进了我国壁画保护技术水平的提高。     

冻结壁发育状况的地质雷达探测研究

根据冻结工程中冻土和未冻土之间介电常数和电阻率的差异，研究了地质雷达探测冻结壁发育状况．采用时域有限差分法模拟冻结不同阶段的冻结壁的发育状况，获取冻结壁在雷达剖面上的反映特征，据此指导工程实测．计算结果和探测实例均表明，地质雷达可用于冻结壁发育状况的探测，查明其中的缺陷，便于及时处置冻结工程中可能出现的问题，是确保冻结工程安全的有效手段。     

探地雷达检测铁路路基病害的二维正演模拟

为了识别复杂的探地雷达图像,建立铁路路基病害图像数据库,针对各种常见的路基病害,结合实地检测情况,研究铁路路基病害的探地雷达(GPR)图像特征,进行探地雷达二维正演模拟分析.基于有限差分原理,在时间域上推导横电磁波的差分方程;运用GprMax软件,对路基下道碴陷槽病害进行正演模拟分析;对路基下存在的圆形空洞,模拟不同半径和埋深的空洞,分析径深比对雷达模拟图像的影响.开挖一个人工道碴陷槽,用探地雷达实测,并进行正演模拟.实测结果和模拟结果一致,表明了该模拟方法用于实际复杂路基检测的可行性.