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Borehole-GPR numerical simulation of full wave field based on convolutional perfect matched layer boundary 被引量:7
1
作者 朱自强 彭凌星 +1 位作者 鲁光银 密士文 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第3期764-769,共6页
The absorbing boundary is the key in numerical simulation of borehole radar.Perfect match layer(PML) was chosen as the absorbing boundary in numerical simulation of GPR.But CPML(convolutional perfect match layer) appr... The absorbing boundary is the key in numerical simulation of borehole radar.Perfect match layer(PML) was chosen as the absorbing boundary in numerical simulation of GPR.But CPML(convolutional perfect match layer) approach that we have chosen has the advantage of being media independent.Beginning with the Maxwell equations in a two-dimensional structure,numerical formulas of finite-difference time-domain(FDTD) method with CPML boundary condition for transverse electric(TE) or transverse magnetic(TM) wave are presented in details.Also,there are three models for borehole-GPR simulation.By analyzing the simulation results,the features of targets in GPR are obtained,which can provide a better interpretation of real radar data.The results show that CPML is well suited for the simulation of borehole-GPR. 展开更多
关键词 borehole-GPR numerical simulation convolutional perfect match layer finite-difference time-domain method
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CPML在脉冲辐射场数值模拟中的应用研究 被引量:1
2
作者 朱翼超 罗根新 +2 位作者 方向 陈宇 邱爽 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1189-1191,1199,共4页
利用时域有限差分法对电磁脉冲模拟器辐射天线产生的电磁场进行数值模拟,在分析卷积完全匹配层(CPML,convolutional perfectly matched layer)原理的基础上,分别选用CPML和修正的完全匹配层(MPML)两种吸收边界条件进行对比分析,仿真结... 利用时域有限差分法对电磁脉冲模拟器辐射天线产生的电磁场进行数值模拟,在分析卷积完全匹配层(CPML,convolutional perfectly matched layer)原理的基础上,分别选用CPML和修正的完全匹配层(MPML)两种吸收边界条件进行对比分析,仿真结果表明CPML不仅可以吸收传播模,而且还能够有效吸收低频凋落波,获得了很好的截断效果,展示了其在电磁脉冲模拟器数值模拟中的应用前景。 展开更多
关键词 卷积完全匹配层 修正完全匹配层 时域有限差分 电磁脉冲
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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
3
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
4
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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一种截断Cole-Cole色散媒质CPML的FDTD方案
5
作者 刘广东 《河南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2015年第2期45-50,共6页
近年来,基于帕德(Padé)近似法,一种面向一般Cole-Cole色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案被提出.为了应用该方案处理实际的电磁问题,发展了一种对应的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界.该吸收边界具有复杂度低的优势,便于问题空间和吸... 近年来,基于帕德(Padé)近似法,一种面向一般Cole-Cole色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案被提出.为了应用该方案处理实际的电磁问题,发展了一种对应的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界.该吸收边界具有复杂度低的优势,便于问题空间和吸收边界的统一处理.通过一维、三维2个算例,初步证实了该边界的良好吸收效果. 展开更多
关键词 时域有限差分法 帕德近似法 Cole-Cole色散媒质 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:5
6
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
7
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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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
8
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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超宽带信号地面回波仿真方法研究
9
作者 王全民 郭刚 +1 位作者 付慧 黄柯棣 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第20期129-131,158,共4页
研究地面的超宽带回波特性,能够为超宽带无线电系统设计提供仿真支持。为保证计算结果的可信性,需要考虑土壤的色散特性和地面起伏对回波的影响。目前在超宽带地面回波计算中所使用的FDTD(时域有限差分)算法计算量较大或者存在较大误差... 研究地面的超宽带回波特性,能够为超宽带无线电系统设计提供仿真支持。为保证计算结果的可信性,需要考虑土壤的色散特性和地面起伏对回波的影响。目前在超宽带地面回波计算中所使用的FDTD(时域有限差分)算法计算量较大或者存在较大误差。使用卷积完全匹配层(CPML)作为吸收边界,多极点Debye模型描述土壤介质特性,在FDTD算法基础上推导出了多极点Debye介质的CPML-FDTD算法。对不同条件地面的回波进行了仿真计算,与未使用PML(完全匹配层)的FDTD算法计算结果进行比较分析,表明文中使用的算法结果正确且效率较高。 展开更多
关键词 时域有限差分 卷积完全匹配层 超宽带信号 地面回波 多极点Debye模型
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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:4
10
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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考虑卷积完全匹配层数值色散的井间电磁三维正演 被引量:3
11
作者 方思南 潘和平 +2 位作者 杜婷 王智 邓呈祥 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1888-1897,共10页
本文将以卷积完全匹配层为吸收边界条件的时域有限差分法应用到井间电磁的三维正演模拟中.证明了卷积完全匹配层中的数值色散会因为有效延伸因子而产生,列举常规有效延伸因子和网格间距对电磁波相速度各向异性的影响,并通过波场快照验... 本文将以卷积完全匹配层为吸收边界条件的时域有限差分法应用到井间电磁的三维正演模拟中.证明了卷积完全匹配层中的数值色散会因为有效延伸因子而产生,列举常规有效延伸因子和网格间距对电磁波相速度各向异性的影响,并通过波场快照验证卷积完全匹配层中数值色散的存在;进而推广三维卷积完全匹配层中最大有效延伸因子、最大网格间距与激励源主频之间的约束,以此完善卷积完全匹配层的最优参数设置方案.在此基础上,通过正演结果中二次场的垂直磁场分量和走时来展示灵敏度分布,以此划定井间电磁勘探的优势区域,提出井间电磁正反演所需要的约束测井系列和最佳取井方案. 展开更多
关键词 井间电磁(CWEM) 三维正演 时域有限差分(FDTD) 卷积完全匹配层(cpml) 数值色散
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修正的卷积完全匹配层技术 被引量:1
12
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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基于无分裂复频移卷积完全匹配层边界的黏弹介质勒夫波模拟 被引量:1
13
作者 谢俊法 孙成禹 +1 位作者 伍敦仕 乔志浩 《地震学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期244-258,328,共15页
本文建立了无分裂复频移卷积完全匹配层(CFS-CPML)吸收边界条件,利用交错网格下的高精度有限差分格式对黏弹性介质中的勒夫波场进行了数值模拟;分析了松弛机制个数对品质因子拟合精度的影响,验证了CFS-CPML边界条件对大角度掠射波的吸... 本文建立了无分裂复频移卷积完全匹配层(CFS-CPML)吸收边界条件,利用交错网格下的高精度有限差分格式对黏弹性介质中的勒夫波场进行了数值模拟;分析了松弛机制个数对品质因子拟合精度的影响,验证了CFS-CPML边界条件对大角度掠射波的吸收效果.数值结果表明:本文方法所使用的5个松弛机制和空间4阶差分精度,即可在保证计算效率的前提下满足目前理论研究的需要;随着品质因子的减小,频散特征曲线的相速度逐渐向增高的方向偏离理论频散特征曲线的相速度,且各模式的高频能量也随之减弱.本文结果可为发展高精度的面波反演方法提供必要的理论依据. 展开更多
关键词 勒夫波 正演模拟 复频移卷积完全匹配层(CFS-cpml) 吸收边界条件 频散特征
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Higher order implicit CNDG-PML algorithm for left-handed materials
14
作者 CHEN Yanfang WANG Liwei 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2021年第1期31-37,共7页
By incorporating the higher order concept,the piecewise linear recursive convolution(PLRC)method and CrankNicolson Douglas-Gunn(CNDG)algorithm,the unconditionally stable complex frequency shifted nearly perfectly matc... By incorporating the higher order concept,the piecewise linear recursive convolution(PLRC)method and CrankNicolson Douglas-Gunn(CNDG)algorithm,the unconditionally stable complex frequency shifted nearly perfectly matched layer(CFS-NPML)is proposed to terminate the left-handed material(LHM)domain.The proposed scheme takes advantages of CFSNPML formulation,the higher order concept PLRC method and the unconditionally stable CNDG algorithm in terms of absorbing performance,computational efficiency,calculation accuracy and convenient implementation.A numerical example is carried out to demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed scheme.The results indicate that the proposed scheme can not only have considerable absorbing performance but also maintain the unconditional stability of the algorithm with the enlargement of time steps. 展开更多
关键词 complex frequency shifted nearly perfectly matched layer(CFS-NPML) Crank-Nicolson Douglas-Gunn(CNDG) left-handed material(LHM) piecewise linear recursive convolution(PLRC)
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