1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 路面结构层材料介电特性的研究现状 2
1.2.2 随机介质模型的研究现状 3
1.2.3 探地雷达蝶形天线FDTD建模与模拟的研究现状 3
1.2.4 探地雷达三维数值模拟的研究现状 4
1.2.5 存在的问题 5
1.3 主要内容概括 5
2 探地雷达的理论基础与数值模拟 7
2.1 探地雷达的理论基础 7
2.1.1 探地雷达系统组成及工作原理 7
2.1.2 麦克斯韦方程组与本构关系 8
2.1.3 电磁场波动方程 8
2.1.4 电磁波的辐射 9
2.1.5 电磁波的散射 10
2.2 探地雷达波场的数值模拟 11
2.2.1 麦克斯韦方程的FDTD格式 11
2.2.2 数值稳定性与数值色散 14
2.2.3 UPML吸收边界条件 14
3 探地雷达蝶形天线的数值模拟 23
3.1 探地雷达蝶形天线 23
3.1.1 商用探地雷达天线 23
3.1.2 商用探地雷达蝶形天线的基本特征 23
3.2 探地雷达蝶形天线的FDTD建模 24
3.2.1 商用探地雷达蝶形天线的基本结构 24
3.2.2 脉冲激励源 25
3.2.3 天线金属斜边的处理 27
3.2.4 天线加载电阻 28
3.2.5 屏蔽腔和吸波材料 31
3.3 影响蝶形天线辐射特性的因素 32
3.3.1 蝶形天线的几何学特征 32
3.3.2 加载电阻及屏蔽腔的影响 35
3.3.3 天线离地高度的影响 37
3.3.4 地下介质介电常数的影响 37
3.3.5 地下介质电导率的影响 40
3.4 小结 41
4 沥青混凝土介质类型与特征 42
4.1 高速公路沥青混凝土路面概述 42
4.2 沥青混凝土组成材料及其介电常数 42
4.2.1 豫西某高速公路沥青混凝土路面及其组成材料 42
4.2.2 材料介电常数的测量与估算 45
4.2.3 沥青混凝土芯样及切片 46
4.2.4 沥青混凝土介电常数的分布特征 48
4.3 沥青混凝土介质类型的估算与建模 52
4.3.1 估算自相关函数的特征参数 52
4.3.2 多相离散随机介质模型的建模方法 60
4.3.3 自相关函数类型的拟合与随机介质建模 62
4.3.4 模型参数对多相离散随机介质模型的影响 69
4.3.5 多相离散随机介质模型的二维正演模拟 73
4.4 小结 76
5 多相离散随机介质探地雷达三维正演模拟及分析 78
5.1 空隙率对探地雷达波场的影响 78
5.1.1 不同空隙率的多相离散随机介质三维模型 78
5.1.2 多相离散随机介质探地雷达三维正演模拟 82
5.1.3 多相离散随机介质与均匀介质的波场对比 84
5.1.4 空隙率对探地雷达波场的影响 90
5.1.5 不同空隙率层状多相离散随机介质的波场特征 97
5.1.6 自相关长度对探地雷达波场的影响 101
5.2 公路工程典型缺陷的探地雷达波场特征 102
5.2.1 裂缝的探地雷达波场特征 105
5.2.2 层间脱空的探地雷达波场特征 106
5.2.3 空洞的探地雷达波场特征 109
5.3 小结 111
6 结论与建议 113
6.1 主要工作 113
6.2 存在的问题及今后研究方向 114
参考文献 116