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探地雷达的FDTD建模与仿真

作　者: 王富明
导　师: 周辉林；黄东南
学　校: 南昌大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 探地雷达 FDTD GprMax2D 正演模拟
分类号: TN959.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

探地雷达是一种新型的电磁波探测设备。它具有检测速度快、轻便便携、对检测物无损伤、检测成本低、分辨率高等特点,因此广泛应用于交通基础设施、市政基础设施、军事和考古等领域。目前,在实际工程应用中,探地雷达还存在的问题是：(1)雷达图像解释的自动化程度还比较低,在很大程度上受到人为因素的影响；(2)GPR工作人员的经验获取需要大量的实际工程经验,而且培养周期过长。通过分析各种路面结构模型的正演结果,使用相应的技术对数据进行处理解释,可以积累根据路面雷达图像判别地下结构的经验；使用正演模拟技术还可以对大量的实验进行验证,可以在很大程度上提高探地雷达探测结果的准确性,提高探测效率和图像解释精度。时域有限差分方法(Finite-Domain Finite-Time Method, FDTD)经过四十多年的发展,已经成为一种成熟的电磁数值计算方法,它计算精度非常高,具有一次时域计算代替频域上逐点计算的潜力。本文将基于时域有限差分法对高速公路基础设施进行建模,并进行一维、二维仿真,并对仿真结果进行处理。主要研究内容如下：1)基于MATLAB软件,编程实现探地雷达的FDTD一维仿真；2)基于GprMax2D软件建立路基下有钢筋、空洞等目标体的雷达电磁波传播的二维高速公路路面结构的正演模拟；通过F-K偏移算法处理二维图像来显示目标体的位置。3)使用软件GprMax3D建立三维桥梁桥面结构的正演模拟。用matlab处理三维数据,对其实现三维可视化显示,使结果清晰、直观的表现出来。结果表明,使用软件GprMax2D进行正演模拟,所得典型形状的障碍物的正演数值模拟图像,能较清晰的反映各自所成像的特征,为建立一些典型形状物体的图像数据库打下了基础,为今后进一步对复杂探地雷达图像的解释和识别提供了经验和依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 探地雷达 FDTD建模与仿真技术产生的背景  7
  1.2 探地雷达FDTD建模与仿真技术的发展现状  7-8
  1.3 探地雷达FDTD建模与仿真技术的前景展望  8-9
  1.4 探地雷达的工作原理  9-10
  1.5 主要的研究内容  10-11
第二章探地雷达系统组成及工作原理  11-16
  2.1 国内外GPR技术的发展史及在公路检测中的应用史  11-12
  2.2 路用GPR系统的组成及其工作原理  12-13
    2.2.1 路用GPR系统的组成  12-13
    2.2.2 路用GPR系统的工作原理  13
  2.3 探地雷达的接收数据类型  13-15
  2.4 本章小结  15-16
第三章 FDTD基本理论  16-27
  3.1 电磁场基本理论  16-18
  3.2 FDTD的基本理论  18-26
    3.2.1 FDTD基本方程  18-20
    3.2.2 方程解的稳定性  20-21
    3.2.3 边界条件  21-23
    3.2.4 激励源的类型和设置  23-25
    3.2.5 数值色散  25-26
  3.3 本章小结  26-27
第四章基于FDTD高速公路基础设施建模与仿真  27-37
  4.1 引言  27
  4.2 FDTD一维建模  27-28
  4.3 GprMax2D建模的基本概念及建模  28-32
  4.4 二维高速公路路面基础设施建模与仿真  32-33
  4.5 GprMax3D的坐标系统与三维建模  33-37
第五章探地雷达的正演模拟及显示  37-45
  5.1 F-K偏移算法  37-38
  5.2 二维高速公路路面结构的正演模拟及显示  38-42
  5.3 时变增益  42
  5.4 三维图像时变增益处理  42-45
第六章结束语  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-49
附录  49-64

探地雷达的FDTD建模与仿真

内容摘要

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