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路面雷达电磁波的二维时域有限差分法模拟及应用研究
| 论文题名： | 路面雷达电磁波的二维时域有限差分法模拟及应用研究 |
| 关键词： | 路面雷达;公路无损检测;2D-FDTD模拟;正演模型;路面病害;探地雷达 |
| 摘要： | 路面雷达作为一种新型的公路无损检测技术，具有速度快、无损伤、高效率、低成本和高分辨率成像等优点，已经得到广泛的应用。目前路面雷达图像解释的自动化程度还较低，人为因素较多，评价结果往往带有很大的主观性，而通过分析各种路面结构模型的正演结果，可以加深对路用雷达反射剖面的认识，积累根据路面雷达图像判别地下结构的经验，提高解释精度；其次，利用已知模型的正演结果进行反演，可验证反演算法的正确性，同时正演技术的发展也能有效地推动探地雷达技术的发展。 时域有限差分法(FDTD)方法经过四十多年的发展己成为一种成熟的电磁数值计算方法，应用范围涉及几乎所有电磁领域。而路面雷达作为时域瞬态电磁场理论发展过程中的重要成果，其基本原理符合电磁学理论。本文将基于2D-FDTD(二维时域有限差分法方法)开展路面雷达电磁波传播的正演模拟研究。 主要研究成果和结论如下：1.基于电磁波理论的基本原理，建立了路面雷达电磁波在典型路面结构体系下传播的2D-FDTD正演模型并且编制了该模型的正演模拟计算程序，同时在理论上验证了该正演模拟的正确性。进一步研究了路面各结构层材料的介电常数和电导率变化对路面雷达回波信号的影响，并且得出了相应的结论； 2.建立了路基下有金属、空洞及介质三种目标体的雷达电磁波传播的2D-FDTD正演模型。通过正演模拟，进一步探讨了路基的介电参数(介电常数及电导率)变化对目标体产生的雷达反射波影响以及各个目标体的水平尺寸、厚度、埋深、几何形状等变化对雷达反射波影响，由此加深对路基下有不同目标体的路面雷达回波波形认识； 3.建立了路面结构中存在不同路面病害(脱空、沥青剥落、裂缝、松散高含水量等)的路面雷达电磁波传播的2D-FDTD正演模型。通过正演模拟，分析了不同病害下的路面雷达电磁波的反射波特性，为利用路面雷达探测路面结构中存在的不同病害提供了一定的理论基础。同时针对非均匀性介电材料的路面雷达电磁波传播的2D-FDTD正演模型进行了模拟研究，并得出了相应的结论。 结果表明：利用2D-FDTD模拟路面雷达电磁波在路面结构层传播，过程稳定，精度较高；同时本文的研究成果为路面雷达回波的正演模拟提供了一条有效的途径，也为进一步开展路面雷达电磁波反演打下了理论基础。 |
| 作者： | 刘俊 |
| 专业： | 水工结构工程 |
| 导师： | 王复明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 郑州大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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