路面雷達電磁波的二維時域有限差分法模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、路面雷達作為一種新型的公路無損檢測技術(shù)，具有速度快、無損傷、高效率、低成本和高分辨率成像等優(yōu)點，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。目前路面雷達圖像解釋的自動化程度還較低，人為因素較多，評價結(jié)果往往帶有很大的主觀性，而通過分析各種路面結(jié)構(gòu)模型的正演結(jié)果，可以加深對路用雷達反射剖面的認識，積累根據(jù)路面雷達圖像判別地下結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗，提高解釋精度；其次，利用已知模型的正演結(jié)果進行反演，可驗證反演算法的正確性，同時正演技術(shù)的發(fā)展也能有效地推動探地雷達技術(shù)的發(fā)展。

2、 時域有限差分法(FDTD)方法經(jīng)過四十多年的發(fā)展己成為一種成熟的電磁數(shù)值計算方法，應(yīng)用范圍涉及幾乎所有電磁領(lǐng)域。而路面雷達作為時域瞬態(tài)電磁場理論發(fā)展過程中的重要成果，其基本原理符合電磁學理論。本文將基于2D-FDTD(二維時域有限差分法方法)開展路面雷達電磁波傳播的正演模擬研究。 主要研究成果和結(jié)論如下：1.基于電磁波理論的基本原理，建立了路面雷達電磁波在典型路面結(jié)構(gòu)體系下傳播的2D-FDTD正演模型并且編制了該模型的

3、正演模擬計算程序，同時在理論上驗證了該正演模擬的正確性。進一步研究了路面各結(jié)構(gòu)層材料的介電常數(shù)和電導(dǎo)率變化對路面雷達回波信號的影響，并且得出了相應(yīng)的結(jié)論； 2.建立了路基下有金屬、空洞及介質(zhì)三種目標體的雷達電磁波傳播的2D-FDTD正演模型。通過正演模擬，進一步探討了路基的介電參數(shù)(介電常數(shù)及電導(dǎo)率)變化對目標體產(chǎn)生的雷達反射波影響以及各個目標體的水平尺寸、厚度、埋深、幾何形狀等變化對雷達反射波影響，由此加深對路基下有不同目標體

4、的路面雷達回波波形認識； 3.建立了路面結(jié)構(gòu)中存在不同路面病害(脫空、瀝青剝落、裂縫、松散高含水量等)的路面雷達電磁波傳播的2D-FDTD正演模型。通過正演模擬，分析了不同病害下的路面雷達電磁波的反射波特性，為利用路面雷達探測路面結(jié)構(gòu)中存在的不同病害提供了一定的理論基礎(chǔ)。同時針對非均勻性介電材料的路面雷達電磁波傳播的2D-FDTD正演模型進行了模擬研究，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。 結(jié)果表明：利用2D-FDTD模擬路面雷達電磁波