本文關鍵詞：全極化探地雷達FDTD模擬與分析

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【摘要】：探地雷達是借助電磁波反射信號來探明埋藏在地下淺表層內的目標物體介質屬性分布規(guī)律的一種非接觸的探測方法。它具有探測速度快、成本低、分辨率高等優(yōu)點,因此,探地雷達運用十分廣泛。然而,常用的探地雷在設計和使用過程中,為了使接收天線獲得最大電場分量,接收天線僅僅獲取與發(fā)射天線相同極化方向的電場分量。因此,常用探地雷達將不能完整地采集到目標物體散射波信息。當探地雷達發(fā)射的電磁波照射到待探測目標物體時,目標物體對入射的電磁波都有特定的去極化作用,即反射回來的電磁極化形式會發(fā)生一定程度的變化,反射波與入射波的極化形式不完全一樣。為了讓探地雷達能夠更多角度地接收目標物體所反射電磁波的信息,本文構建了全極化探地雷達模型。全極化探地雷達模式,主要通過改變探地雷達發(fā)射天線與接收天線的之間的夾角來實現的。為了研究探地雷達全極化信息獲取對于目標體屬性信息獲取的積極意義,本文基于探地雷達基本原理和時域有限差分法理論,開展了以下幾方面的研究工作:首先,論文以時域有限差分方法為基礎,利用Matlab軟件建立了全極化組合模式的探地雷達。對水平金屬板目標體進行了模擬計算,獲得了水平金屬板中心處和不同方向角處的共極極化和交叉極化反射波振幅值。同時與實驗進行對照,以檢驗計算模型的正確性及其合理性。其次,在水平金屬板模型基礎上,又構建了隨機粗糙表面目標體和地下傾斜縫隙目標體模型。在全極化探地雷達模式下,獲取了反射電磁波的全極化振幅的信息,利用全極化振幅值對隨機粗糙表面的粗糙程度、地下傾斜縫隙方向角進行了初步判識。最后,深入研究了全極化振幅信息與地下傾斜縫隙方向角之間的對應關系。利用散射矩陣公式求取了縫隙特定的方向角。同時,著重研究了共極極化最大振幅的差值、共極極化與交叉極化最大振幅差值與傾斜縫隙方向角之間的關系。研究表明,通過分析和處理全極化振幅值信息,為識別地下縫隙方向角提供更多有用的參考信息,同時認識到獲取和處理探地雷達極化信息的重要性。
【關鍵詞】：探地雷達 全極化 FDTD 振幅值 模擬 分析
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P631.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-17
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 研究發(fā)展現狀11-14
• 1.2.1 探地雷達的發(fā)展11-12
• 1.2.2 極化探地雷達發(fā)展12-13
• 1.2.3 時域有限差分法（FDTD）的發(fā)展與應用13-14
• 1.3 主要研究內容及組織結構14-17
• 1.3.1 主要研究內容14-15
• 1.3.2 論文的組織機構15-17
• 第2章 探地雷達與極化的研究17-35
• 2.1 探地雷達的電磁理論17-23
• 2.1.1 麥克斯韋方程組17-18
• 2.1.2 媒介本構關系與電磁參數18-20
• 2.1.3 電磁波在媒介中的傳播20-22
• 2.1.4 趨膚深度22-23
• 2.2 天線與電磁波極化研究23-28
• 2.2.1 天線極化理論23-25
• 2.2.2 電磁波極化特性25
• 2.2.3 電磁波極化的表征25-27
• 2.2.4 極化散射矩陣27-28
• 2.3 探地雷達原理研究28-29
• 2.4 探地雷達的性能研究29-33
• 2.4.1 探地雷達的分辨率29-30
• 2.4.2 探測深度30-31
• 2.4.3 探地雷達天線的極化方向31-33
• 2.5 本章小結33-35
• 第3章 時域有限差分法的研究35-43
• 3.1 時域有限差分（FDTD）基本方程35-39
• 3.2 FDTD方程數值解穩(wěn)定性的研究39-40
• 3.3 FDTD吸收邊界條件研究40
• 3.4 FDTD中的激勵源的選擇40-41
• 3.5 本章小結41-43
• 第4章 地質體目標體模型的模擬43-59
• 4.1 全極化模擬方法43
• 4.2 水平金屬板模型的模擬43-46
• 4.2.1 水平金屬板目標體模型描述43-45
• 4.2.2 水平金屬板對照實驗45-46
• 4.3 隨機粗糙表面模型的模擬46-50
• 4.3.1 隨機粗糙表面模型描述47
• 4.3.2 粗糙程度定義及其極化振幅響應特性47-49
• 4.3.3 整體粗糙程度與極化響應特性關系49-50
• 4.4 地下傾斜縫隙模型模擬50-58
• 4.4.1 模型的描述50-51
• 4.4.2 模擬計算結果51-58
• 4.5 本章小結58-59
• 第5章 極化振幅響應分析59-68
• 5.1 利用縫隙散射矩陣分析方向角59-63
• 5.2 極化振幅差值與方向角的關系63-66
• 5.3 本章小結66-68
• 第6章 結論與展望68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-74
• 攻讀碩士期間取得的主要成果74

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本文編號：885424