瞬变电磁低频近似Maxwell方程的CPML吸收边界及施加方法

作     者：柳尚斌 李雪峰 蓝日彦 李敦仁 孙怀凤 LIU ShangBin;LI XueFeng;LAN RiYan;LI DunRen;SUN HuaiFeng

作者机构：山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061 山东大学地球电磁探测研究所济南250061 广西新发展交通集团有限公司南宁530029 广西交通设计集团有限公司南宁530012 山东省工业技术研究院先进勘探与透明城市协同创新中心济南250061 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2022年第65卷第4期

页      面：1472-1481页

核心收录：

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(42074145) 山东省自然科学基金(ZR2019MD20)资助 

主　　题：瞬变电磁 三维正演 FDTD 低频近似 卷积完全匹配层(CPML) 

摘      要：为保证瞬变电磁场晚期信号计算正确,在时域有限差分正演中通常采用低频近似,即将磁场散度方程显式的包含在电磁场迭代方程中,因而H_(z)的求解方式与H_(x)、H_(y)不同,导致常规CPML吸收边界无法施加.本文重新推导了CPML介质中的迭代方程,并将其与常规介质中的迭代方程在形式上进行了统一,提出了一种适用于瞬变电磁低频近似下三维FDTD的CPML边界条件及施加方法.首先采用均匀半空间模型来验证本方法的有效性,发现模拟结果与解析解吻合较好,且模拟用时为采用Dirichlet边界FDTD用时的一半;而且,反射误差实验验证了本文的CPML边界吸收效率较高.之后,模拟了典型的三层模型,发现本方法的模拟结果与线性数字滤波解吻合程度较好.最后采用本方法计算了航空瞬变电磁带地形的复杂模型,实验证明了本文提出的CPML具有广泛的适用性.