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基于帕德近似法模拟一般色散媒质电波传播的ADE-FDTD-CPML统一实现方案 被引量:4
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作者 刘广东 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1382-1387,共6页
为方便一站式处理常见几类各向同性、线性、无磁耗电色散媒质的电波传播问题,提出了一种ADEFDTD-CPML统一实现方案:一是问题空间和吸收边界的统一处理;二是色散特性的统一建模:适用的媒质类型可以是单一的Havriliak-Negami(H-N)媒质、Da... 为方便一站式处理常见几类各向同性、线性、无磁耗电色散媒质的电波传播问题,提出了一种ADEFDTD-CPML统一实现方案:一是问题空间和吸收边界的统一处理;二是色散特性的统一建模:适用的媒质类型可以是单一的Havriliak-Negami(H-N)媒质、Davidson-Cole(D-C)媒质、Cole-Cole(C-C)媒质、Debye媒质、常规媒质或其任意组合;媒质属性可以是单极或多极的、有电耗的或无电耗的.该方案利用帕德(Padé)近似法,导出了一组整数阶辅助微分方程(ADEs),既克服了时域描述时遇到的分数阶导数困难,又展现了通用性好、复杂度低等优势.几个一维、三维算例解析、数值结果之间的对比,初步证实了统一实现方案的可行性和有效性. 展开更多
关键词 色散媒质 时域有限差分法 卷积完全匹配层 帕德近似法
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三维柱坐标ADI-FDTD算法及其CPML实现 被引量:1
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作者 朱大伟 陈海林 +1 位作者 杨洁 陈彬 《微波学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期8-12,39,共6页
提出一种三维柱坐标交互隐式方向(ADI)时域有限差分算法(FDTD)及其卷积完全匹配层(CPML)的实现方案。首先,为了简化公式的冗繁和编程的需要,将传统三维柱坐标时域有限差分算法转换成矩阵表达式的形式。其次,以矩阵变换的方式提出三维柱... 提出一种三维柱坐标交互隐式方向(ADI)时域有限差分算法(FDTD)及其卷积完全匹配层(CPML)的实现方案。首先,为了简化公式的冗繁和编程的需要,将传统三维柱坐标时域有限差分算法转换成矩阵表达式的形式。其次,以矩阵变换的方式提出三维柱坐标系下ADI-FDTD算法的矩阵表达式。最后,将匹配层的影响参数以辅助变量的方式添加至该算法中,从而完成本文算法的CPML实现。算例证明本文算法在时域和频域均有较好的效率和精度,并且具有良好的CPML吸收效果,其反射系数可达-63^-70 dB。 展开更多
关键词 三维柱坐标 交互变换 时域有限差分 矩阵表达式 辅助变量 卷积完全匹配层
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基于CPML-RML组合边界条件粘弹TTI介质旋转交错网格有限差分正演模拟 被引量:4
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作者 张奎涛 顾汉明 +4 位作者 刘少勇 刘春成 陈宝书 张立 肖逸飞 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期187-198,218,共13页
实际地下介质中因充满流体、裂缝和裂隙等而同时表现出粘滞性特征和各向异性特征,传统的分裂式完全匹配层(SPML)吸收边界条件不能有效吸收低频和大角度入射波。为此,提出将非分裂式卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件与随机介质层(RML)... 实际地下介质中因充满流体、裂缝和裂隙等而同时表现出粘滞性特征和各向异性特征,传统的分裂式完全匹配层(SPML)吸收边界条件不能有效吸收低频和大角度入射波。为此,提出将非分裂式卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件与随机介质层(RML)边界条件相结合的策略来改善边界吸收效果,并将其应用于粘弹TTI介质有限差分正演模拟。为提高正演模拟的稳定性和精度,采用了旋转交错网格有限差分算法,并推导出了适用于粘弹TTI介质的CPML吸收边界条件公式及相应的旋转交错网格有限差分格式;采用随机介质建模理论并结合CPML吸收边界条件,建立了CPML-RML组合边界条件。利用二维均匀介质模型和二维复杂Hess模型对组合边界条件的吸收效果进行了测试,结果表明:相比SPML吸收边界条件与CPML吸收边界条件,CPML-RML组合边界条件在不增加计算量的情况下,具有更好的吸收效果,能有效减少人工边界反射、提高数值模拟精度;粘弹TTI介质中的地震波场表现出明显的振幅衰减和相位延迟,地震记录表现出浅部能量强、深部能量弱的特征,验证了CPML-RML组合边界条件对复杂介质的适应性及正确性。 展开更多
关键词 卷积完全匹配层 随机边界条件 粘弹性 TTI介质 旋转交错网格 有限差分 正演模拟
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三维柱坐标下ADI-WLP FDTD算法的CPML实现
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作者 朱大伟 陈海林 +1 位作者 杨洁 陈彬 《微波学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期1-6,共6页
提出一种三维柱坐标系下交变方向隐式(ADI)的加权拉盖尔时域有限差分(WLP-FDTD)算法,并利用卷积完全匹配层(CPML)实现。通过引入微扰项可将大型稀疏矩阵的CPML形式分解为6个三对角矩阵,之后结合高斯-赛德尔思想,将6个三对角矩阵划分为... 提出一种三维柱坐标系下交变方向隐式(ADI)的加权拉盖尔时域有限差分(WLP-FDTD)算法,并利用卷积完全匹配层(CPML)实现。通过引入微扰项可将大型稀疏矩阵的CPML形式分解为6个三对角矩阵,之后结合高斯-赛德尔思想,将6个三对角矩阵划分为两部分迭代计算,可进一步提升计算效率和收敛速度。在柱坐标模型的应用算例中,数值计算结果显示该算法的CPML吸收边界对比Mur吸收边界有较好的吸收效果。 展开更多
关键词 时域有限差分法 拉盖尔多项式 交变方向隐式 卷积完全匹配层 高斯-赛德尔 轴上特殊处理
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二维TE波的CPML边界条件推导及模拟验证
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作者 蒙玉进 龙庆 +1 位作者 许泽锋 沈宏君 《河南科技》 2022年第10期92-95,共4页
利用时域有限差分(FDTD)方法对麦克斯韦方程进行展开,对二维TE波的卷积完美匹配层(CPML)条件进行了详细的阐述,在基于完美匹配层(PML)的基础上完整推导了二维TE波的CPML公式,该方法相对传统的完美匹配层(PML)具有更加良好的吸收效应,并... 利用时域有限差分(FDTD)方法对麦克斯韦方程进行展开,对二维TE波的卷积完美匹配层(CPML)条件进行了详细的阐述,在基于完美匹配层(PML)的基础上完整推导了二维TE波的CPML公式,该方法相对传统的完美匹配层(PML)具有更加良好的吸收效应,并且在计算中具有条件简洁、操作方便的优势,在数值模拟中CPML方法将会带来极大的便捷,并在试验中验证了CPML的良好吸收效果,所以对于CPML方法的研究具有十分重要的意义。 展开更多
关键词 时域有限差分 麦克斯韦方程 完美匹配层 卷积完美匹配层
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基于ADI-FDTD法的探地雷达正演数值模拟及验证
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作者 曾良生 迟耀丹 +1 位作者 周庆才 衣淼 《吉林建筑大学学报》 CAS 2024年第1期48-55,共8页
探地雷达(GPR)是一种应用前景广泛、用于探测和定位地下物体的浅层地球物理方法。通过开展探地雷达正演模拟研究,可以获得复杂地下结构的探地雷达图像回波特征。时域有限差分(FDTD)法受到稳定性和收敛性条件的限制,导致效率和精度低。... 探地雷达(GPR)是一种应用前景广泛、用于探测和定位地下物体的浅层地球物理方法。通过开展探地雷达正演模拟研究,可以获得复杂地下结构的探地雷达图像回波特征。时域有限差分(FDTD)法受到稳定性和收敛性条件的限制,导致效率和精度低。交替方向隐式-时域有限差分(ADI-FDTD)法克服FDTD法的稳定性限制,可以选择更大的时间步长来提高计算效率。从原理出发,对ADI-FDTD法进行公式推导,在基于ADI-FDTD法的基础上进行卷积完全匹配层(CPML)的结合。通过进行ADI-FDTD法的时间稳定性仿真和不同材质、不同填充介质的双管,沙槽正演模拟实验,结果表明,ADI-FDTD法可以保证时间无条件稳定性,相同情况下可采用更大的时间步长进行正演模拟,提高正演效率。对不同管线、不同材质情况下的正演剖面曲线特征进行解译分析,最后与沙槽实测进行对比,证明得到的探测解译结果与实际状况达到较好的吻合。 展开更多
关键词 探地雷达(GPR) 正演模拟 无条件稳定 卷积完全匹配层(cpml) 交替方向隐式-时域有限差分(ADI-FDTD)法
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基于褶积完全匹配吸收边界的声波方程数值模拟 被引量:8
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作者 柯璇 石颖 +1 位作者 宋利伟 李松龄 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期637-643,666,共8页
完全匹配层(PML)吸收边界条件已广泛应用于地震波场模拟中,但PML吸收边界条件存在一些问题,如对低频和地震波为掠射波时会产生虚假反射等。褶积完全匹配层(CPML)吸收边界条件能够有效地解决PML吸收边界条件存在的问题。推导了带有CPML... 完全匹配层(PML)吸收边界条件已广泛应用于地震波场模拟中,但PML吸收边界条件存在一些问题,如对低频和地震波为掠射波时会产生虚假反射等。褶积完全匹配层(CPML)吸收边界条件能够有效地解决PML吸收边界条件存在的问题。推导了带有CPML条件的一阶速度-应力波动方程,并且在方程中引入记忆变量代替复杂褶积项的运算,将CPML与交错网格有限差分算法相结合,发挥了该边界条件节省计算存储空间、易于编程实现等优点。数值模拟结果表明,在不增加计算量的情况下,CPML吸收边界条件有效地提高了波场模拟精度。 展开更多
关键词 褶积完全匹配层 交错网格 数值模拟 声波方程 边界条件
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卷积完全匹配层在空爆电磁脉冲2维模拟中的应用 被引量:3
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作者 高春霞 陈雨生 王良厚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期1111-1116,共6页
在分析不同类型完全匹配层特点的基础上,选用了卷积形式完全匹配层(CPML)截断空中核爆电磁脉冲数值模拟的开放边界。从自由空间中电磁波的平面波解和分裂形式的完全匹配层出发,构造了未分裂形式的完全匹配层,应用傅里叶变换的卷积定理,... 在分析不同类型完全匹配层特点的基础上,选用了卷积形式完全匹配层(CPML)截断空中核爆电磁脉冲数值模拟的开放边界。从自由空间中电磁波的平面波解和分裂形式的完全匹配层出发,构造了未分裂形式的完全匹配层,应用傅里叶变换的卷积定理,推导出2维旋转椭球-双曲正交坐标系下卷积形式完全匹配层介质中电磁场的迭代形式的离散方程。计算表明,采用CPML吸收边界方法使得截断的外边界处的场的计算误差大大减少。 展开更多
关键词 卷积完全匹配层(cpml) 时域有限差分 电磁脉冲 核爆炸 截断
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修正的卷积完全匹配层技术 被引量:1
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作者 谢国大 宋开宏 黄志祥 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第12期1725-1728,共4页
复频移的卷积完全匹配层(convolutional perfectly matched layer,CPML)与时域有限差分(finitedifference time-domain,FDTD)算法递推公式之间存在数值计算时间不同步的问题,诸多算例结果表明CPML的吸波效果并没有达到一些具有相同二阶... 复频移的卷积完全匹配层(convolutional perfectly matched layer,CPML)与时域有限差分(finitedifference time-domain,FDTD)算法递推公式之间存在数值计算时间不同步的问题,诸多算例结果表明CPML的吸波效果并没有达到一些具有相同二阶精度的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)的吸波效果。文章采用时间平均近似方法对CPML进行了修正,使其吸波性能与其他具有相同数值计算精度的PML的吸波性能相当;通过2个具有代表性的算例,验证了方法的有效性。该方法思路简单、清晰,只需在传统的CPML代码基础上进行简单的修改,计算时间大大缩减,该方法对于CPML在FDTD算法中的高效应用具有一定的意义。 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD)算法 卷积完全匹配层(cpml) 吸收效果 时间平均近似方法 计算时间
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基于非均匀介质的城市隧道渗水检测地质雷达数值模拟
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作者 陈熙国 《中国高新科技》 2023年第3期78-80,共3页
随着城市建设的日新月异,因隧道相比桥梁而言能够更好地利用地下空间,导致城市交通出现越来越多的隧道。我国较多城市都建立在河流附近,以至于过江隧道在城市交通中的应用越来越广泛,如长沙的营盘路隧道、南湖路隧道。过江隧道由于位于... 随着城市建设的日新月异,因隧道相比桥梁而言能够更好地利用地下空间,导致城市交通出现越来越多的隧道。我国较多城市都建立在河流附近,以至于过江隧道在城市交通中的应用越来越广泛,如长沙的营盘路隧道、南湖路隧道。过江隧道由于位于江底,隧道渗水会带来一系列的隧道病害,因此对过江隧道的渗水检测尤为重要。文章从非均匀介质的地质雷达探测正演出发,总结富水区域在雷达扫描中的特征,说明该正演方法的有效性,这为隧道渗水病害检测的实际雷达扫描图中富水体的判定提供了一个更为可靠的依据。 展开更多
关键词 非均匀介质 地质雷达 数值模拟 cpml 渗水检测
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