導電媒質中似穩(wěn)瞬態(tài)電磁場響應的直接時域數(shù)值模擬.pdf

1、隨著電磁場理論的發(fā)展和計算機性能的不斷提高，計算電磁學在最近幾年里得到了長足的發(fā)展。其中，瞬態(tài)電磁學在各種實際工程中得到了廣泛應用。本文研究的是具有導電特性的大地，利用瞬態(tài)電磁場的似穩(wěn)特性探測地下目標。模擬電磁場在地下介質中的傳播規(guī)律是理解地下介質響應的重要手段，而直接應用有限差分法在時間域對二維時域似穩(wěn)場進行數(shù)值分析是一種有效方法。 本文直接從時間域出發(fā)，應用有限差分方法(FD)的DuFort-Frankel格式和時域有限差分

2、方法(FDTD)分析線源二維模型地下和地面的瞬變響應。從反映電磁場基本規(guī)律的Maxwell方程組出發(fā)，導出時域電場的齊次擴散方程，對所研究的空間區(qū)域作差分離散，源作為初始條件加入，采用向上延拓邊界條件，利用差分方程進行計算，從而得到電場的數(shù)值結果，展現(xiàn)瞬變場在地下隨時間擴散的全過程。而后，通過引入虛擬位移電流用FDTD算法對同樣的地電模型進行了模擬，同時得到了電場分量和磁場分量，由此可對瞬態(tài)場的響應有更全面的了解。半空間模型的數(shù)值解與解

3、析解的比較結果表明，本文對邊界條件、源的處理是正確的，數(shù)值計算精度能夠滿足實際探測工程的需要。 本文對大地和目標體取不同電磁參數(shù)以及結構情況下，對電磁場的瞬態(tài)響應做了大量仿真。分析結果表明，瞬變電磁場擴散距離隨著時間的推進而增加，場強隨之衰減。擴散速度受到介質電阻率的影響，在低阻體中擴散速度慢，在高阻體中擴散速度快。因此，當存在低阻覆蓋層時，探測同樣的深度需要更長的時間，異常幅度減弱，而高阻覆蓋層對目標探測幾乎沒有影響。瞬變場對