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基于单轴各向异性完全匹配层边界条件的ADI-FDTD三维GPR全波场正演

冯德山  谢源  
【摘要】:基于交替方向隐式差分(ADI-FDTD)法突破了CFL稳定性条件的约束,具有无条件稳定性的特点,而单轴各向异性完全匹配层(UPML)边界条件具有宽频带吸收特性、不需要对电场和磁场进行分裂、迭代公式简单、便于编程的特点,提出基于UPML边界条件的ADI-FDTD三维探地雷达数值模拟算法;通过对三维Maxwell方程进行离散化,推导GPR波的ADI-FDTD及其UPML边界条件2个子时间步的迭代差分公式,以及计算步骤。开发ADI-FDTD三维模拟程序,并对三维复杂GPR模型进行正演模拟,分析该模型的剖面图、切片图及不同时刻6个分量的全波场快照。研究结果表明:由全波场快照可以了解雷达波形在空间中的传播过程及变化规律,有助于对雷达资料进行更可靠、更准确的解释;基于UPML边界条件的ADI-FDTD算法消除了截断边界处的强反射,能对三维复杂的GPR模型进行快速、高效模拟。

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