FDTD方法在超寬帶電磁脈沖正演模擬中的應(yīng)用.pdf

1、人的生命在不斷地受到自然災(zāi)害(地震、房屋坍塌、滑坡)、人為災(zāi)害(恐怖活動(dòng)、戰(zhàn)爭(zhēng))以及各類突發(fā)事件的襲擊。災(zāi)害給人的生命、財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。在災(zāi)后發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)有效的救出被困人員，減輕了親人的痛苦，國(guó)家的損失。因此，開展先進(jìn)的生命救助探測(cè)和定位方法的研究具有十分重要的意義。 我國(guó)在災(zāi)害救助高新技術(shù)與方法領(lǐng)域幾乎是空白，特別是解決被掩埋或隔擋時(shí)的災(zāi)后搜索救助方面缺少實(shí)用有效的救助方法和措施，迫切需要開展救助方法理論的研究和高新救

2、助技術(shù)的攻關(guān)。本論文就是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《城市災(zāi)害救助生命搜索與救助中超寬帶電磁探測(cè)方法研究》的一部分工作。 超寬帶電磁脈沖的出現(xiàn)，超寬帶電磁脈沖測(cè)深、定位、傳感理論的研究將人們?cè)谏茸o(hù)領(lǐng)域的夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。超寬帶技術(shù)用于生命救助有以下的一些優(yōu)點(diǎn)：高精度的跟蹤、定位和通信能力；能彌補(bǔ)傳統(tǒng)的生命救助方法(聲波、振動(dòng)探測(cè)、搜救犬)的不足；信號(hào)的寬頻性和瞬時(shí)性有利于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的分辨率提高、距離的測(cè)量、障礙物(異常體)穿透性能提高、目

3、標(biāo)屬性的識(shí)別；搜索儀器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性。 與此同時(shí)，時(shí)域有限差分方法這種數(shù)值模擬方法以其適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)算速度快、節(jié)約存儲(chǔ)空間、仿真效果好、一次計(jì)算就可得到寬頻帶響應(yīng)，適合模擬各種復(fù)雜電磁結(jié)構(gòu)等眾多的優(yōu)點(diǎn)廣泛被應(yīng)用于電磁仿真領(lǐng)域。因此，從一定意義上講，它是一種解決超寬帶問題的優(yōu)化算法。 本論文根據(jù)電磁場(chǎng)與波的基本理論，系統(tǒng)地分析了超寬帶電磁脈沖信號(hào)及其特點(diǎn)，并解決了FDTD法的相關(guān)技術(shù)性難題包括：數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性條件：FDTD差

4、分方法的改進(jìn)；FDTD算法中激勵(lì)源的加入；強(qiáng)有力的邊界吸收條件的處理及設(shè)置等。本文詳細(xì)給出完全匹配層的圖示及內(nèi)部電磁參數(shù)的設(shè)置，引入并推導(dǎo)了卷積完全匹配層的FDTD的表達(dá)式。同時(shí)提出基于PML-FDTD的方法解決地質(zhì)構(gòu)造中的2.5D問題。最后，建立二維正演模型對(duì)超寬帶電磁脈沖傳播特性和成像特征研究。整套研究方法彌補(bǔ)了解析方法的不足，開拓了應(yīng)用新領(lǐng)域，為生命救助探測(cè)和定位提供依據(jù)。本論文主要完成了以下工作： 1．適合超寬帶電磁法的