插值小波尺度法探地雷达数值模拟及四阶Runge Kutta辅助微分方程吸收边界条件?

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冯德山, 杨道学, 王珣. 2016: 插值小波尺度法探地雷达数值模拟及四阶Runge Kutta辅助微分方程吸收边界条件?, 物理学报, 65(23): 234102. doi: 10.7498/aps.65.234102
引用本文: 冯德山, 杨道学, 王珣. 2016: 插值小波尺度法探地雷达数值模拟及四阶Runge Kutta辅助微分方程吸收边界条件?, 物理学报, 65(23): 234102. doi: 10.7498/aps.65.234102
2016: Ground p enetrating radar numerical simulation with interp olating wavelet scales metho d and research on fourth-order Runge-Kutta auxiliary differential equation p erfectly matched layer, Acta Physica Sinica, 65(23): 234102. doi: 10.7498/aps.65.234102
Citation: 2016: Ground p enetrating radar numerical simulation with interp olating wavelet scales metho d and research on fourth-order Runge-Kutta auxiliary differential equation p erfectly matched layer, Acta Physica Sinica, 65(23): 234102. doi: 10.7498/aps.65.234102

插值小波尺度法探地雷达数值模拟及四阶Runge Kutta辅助微分方程吸收边界条件?

Ground p enetrating radar numerical simulation with interp olating wavelet scales metho d and research on fourth-order Runge-Kutta auxiliary differential equation p erfectly matched layer

  • 摘要: 应用迭代插值方法构造了插值小波尺度函数,并将该尺度函数的导数用于离散Maxwell方程组的空间微分,使用四阶Runge Kutta(four order Runge Kutta, RK4)算法计算时间导数,导出了插值小波尺度法的探地雷达(ground penetrating radar, GPR)正演公式,与常规的基于中心差分的时域有限差分算法(finite difference time domain, FDTD)相比,插值小波尺度算法提高了GPR波动方程的空间与时间离散精度。首先,采用具有解析解的层状模型,分别将FDTD算法及插值小波尺度法应用于层状模型正演,单道雷达数据与解析解拟合表明:相同的网格剖分方式,插值小波尺度法比FDTD具有更高的精度。然后,将辅助微分方程完全匹配层(auxiliary differential equation perfecting matched layer, ADE-PML)边界条件应用到插值小波尺度法GPR正演中,在均匀介质模型中对比了FDTD-CPML(坐标伸缩完全匹配层), FDTD-RK4ADE-PML、插值小波尺度RK4ADE-PML的反射误差,结果表明:插值小波尺度RK4ADE-PML吸收效果优于另外两种条件下的吸收边界。最后,应用加载UPML(各向异性完全匹配层)的FDTD和RK4ADE-PML的插值小波尺度法开展了二维GPR模型的正演,展示了RK4ADE-PML对倏逝波的良好吸收效果。
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出版历程
  • 刊出日期:  2016-12-15

插值小波尺度法探地雷达数值模拟及四阶Runge Kutta辅助微分方程吸收边界条件?

  • 中南大学地球科学与信息物理学院,长沙 410083; 中南大学,有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室,长沙 410083

摘要: 应用迭代插值方法构造了插值小波尺度函数,并将该尺度函数的导数用于离散Maxwell方程组的空间微分,使用四阶Runge Kutta(four order Runge Kutta, RK4)算法计算时间导数,导出了插值小波尺度法的探地雷达(ground penetrating radar, GPR)正演公式,与常规的基于中心差分的时域有限差分算法(finite difference time domain, FDTD)相比,插值小波尺度算法提高了GPR波动方程的空间与时间离散精度。首先,采用具有解析解的层状模型,分别将FDTD算法及插值小波尺度法应用于层状模型正演,单道雷达数据与解析解拟合表明:相同的网格剖分方式,插值小波尺度法比FDTD具有更高的精度。然后,将辅助微分方程完全匹配层(auxiliary differential equation perfecting matched layer, ADE-PML)边界条件应用到插值小波尺度法GPR正演中,在均匀介质模型中对比了FDTD-CPML(坐标伸缩完全匹配层), FDTD-RK4ADE-PML、插值小波尺度RK4ADE-PML的反射误差,结果表明:插值小波尺度RK4ADE-PML吸收效果优于另外两种条件下的吸收边界。最后,应用加载UPML(各向异性完全匹配层)的FDTD和RK4ADE-PML的插值小波尺度法开展了二维GPR模型的正演,展示了RK4ADE-PML对倏逝波的良好吸收效果。

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