基于UPML吸收边界条件的GPR有限元数值模拟

作     者：王洪华 戴前伟 WANG Hong-hua;DAI Qian-wei

作者机构：中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院有色金属成矿预测教育部重点实验室长沙410083 

出 版 物：《中国有色金属学报》 (The Chinese Journal of Nonferrous Metals)

年 卷 期：2013年第23卷第7期

页      面：2003-2011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] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(41004053) 教育部博士点基金资助项目(20120162110015) 中南大学研究生自主探索创新项目(2013zzts053) 

主　　题：UPML 吸收边界 探地雷达 数值模拟 有限单元法 

摘      要：为了进一步减小截断边界对探地雷达(GPR)数值模拟精度的影响、提高复杂GPR地电模型数值模拟的精度,采用具有良好宽频带吸收特性的单轴各向异性完全匹配层(UPML)吸收边界条件与有限单元法(FEM)相结合的算法来模拟GPR波在复杂地电模型中的传播。从GPR满足的波动方程出发,利用伽辽金法导出二维GPR有限元方程。然后,对UPML区域满足的两个频率域旋度方程采用傅里叶变换,推导GPR时间域有限元波动方程及其求解方法,并建立相应的GPR数值模拟算法。应用以上算法编制的程序对两个复杂GPR地电模型进行了正演模拟,得到了相应的雷达剖面图。模拟结果表明:UPML吸收边界条件能够对截断边界处的强烈反射波进行充分的吸收,大大减弱了截断边界处的强反射;FEM能够对复杂的GPR地电模型进行高精度的模拟。基于UPML吸收边界条件的FEM算法能够对复杂的GPR地电模型进行快速、高效的模拟。