導(dǎo)電媒質(zhì)中似穩(wěn)瞬態(tài)電磁場(chǎng)響應(yīng)的直接時(shí)域數(shù)值模擬.pdf

1、隨著電磁場(chǎng)理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，計(jì)算電磁學(xué)在最近幾年里得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。其中，瞬態(tài)電磁學(xué)在各種實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。本文研究的是具有導(dǎo)電特性的大地，利用瞬態(tài)電磁場(chǎng)的似穩(wěn)特性探測(cè)地下目標(biāo)。模擬電磁場(chǎng)在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律是理解地下介質(zhì)響應(yīng)的重要手段，而直接應(yīng)用有限差分法在時(shí)間域?qū)ΧS時(shí)域似穩(wěn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析是一種有效方法。 本文直接從時(shí)間域出發(fā)，應(yīng)用有限差分方法(FD)的DuFort-Frankel格式和時(shí)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(yīng)。從反映電磁場(chǎng)基本規(guī)律的Maxwell方程組出發(fā)，導(dǎo)出時(shí)域電場(chǎng)的齊次擴(kuò)散方程，對(duì)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(jìn)行計(jì)算，從而得到電場(chǎng)的數(shù)值結(jié)果，展現(xiàn)瞬變場(chǎng)在地下隨時(shí)間擴(kuò)散的全過(guò)程。而后，通過(guò)引入虛擬位移電流用FDTD算法對(duì)同樣的地電模型進(jìn)行了模擬，同時(shí)得到了電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量，由此可對(duì)瞬態(tài)場(chǎng)的響應(yīng)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(jié)果表明，本文對(duì)邊界條件、源的處理是正確的，數(shù)值計(jì)算精度能夠滿足實(shí)際探測(cè)工程的需要。 本文對(duì)大地和目標(biāo)體取不同電磁參數(shù)以及結(jié)構(gòu)情況下，對(duì)電磁場(chǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)做了大量仿真。分析結(jié)果表明，瞬變電磁場(chǎng)擴(kuò)散距離隨著時(shí)間的推進(jìn)而增加，場(chǎng)強(qiáng)隨之衰減。擴(kuò)散速度受到介質(zhì)電阻率的影響，在低阻體中擴(kuò)散速度慢，在高阻體中擴(kuò)散速度快。因此，當(dāng)存在低阻覆蓋層時(shí)，探測(cè)同樣的深度需要更長(zhǎng)的時(shí)間，異常幅度減弱，而高阻覆蓋層對(duì)目標(biāo)探測(cè)幾乎沒(méi)有影響。瞬變場(chǎng)對(duì)