三维错格时域伪谱法在频散介质井中雷达模拟中的应用

数值模拟对井中雷达数据的解释有重要意义.通常采用的时域有限差分法(FDTD)在网格足够细的情况下能够精确地模拟井中雷达,但对于相对较大的模型,要得到较好的精度其所需要的时间和计算机内存都非常大.我们尝试用伪谱法来模拟三维井中雷达,其在平缓介质中达到与FDTD相同精度每个波长所需的网格要少数倍,因此在保证精度的情况下使模拟范围大大增加.常规网格伪谱法常伴有Gibbs现象,本研究通过在一个方向以两点为源和采用交错网格的方法有效解决了上述问题.对于Debye频散介质,我们应用二阶显式Runge-Kutta方法求解时间步,该法较中心差分方法更直观、更简便,且在我们考虑的介质范围内是稳定的.

时间域有限差分法(FDTD)对井中雷达的数值模拟

为了进一步认识雷达的探测性能,用数值模拟的方法来研究各种地质条件下雷达的信号反应。时间域的麦克斯韦差分方程可以用一系列的差分方程来表达,这个过程叫做时间域有限差分法(FDTD)。该方法可以有效地计算三维空间中电磁场的时间域信号。引入了可包含局部小网格的技术,计算精度和效率都得到了提高,同时,作为发射和接收的偶极子天线的模拟方法也得到了充分的考虑。计算了充水裂缝和一种矿体的井中雷达信号响应。结果表明,井中雷达可以用于探测地下充水裂缝和矿体。

基于EMD的井中雷达信号预处理

针对井中雷达数据因环境复杂易受到“污染”而很难提取出有效数据的问题,基于经验模态分解方法(EMD)提出了二维模态经验分解方法(BEMD),该方法对井中雷达信号预处理的时频域分解算法进行分析,将其拓展至高维进行信号处理。仿真结果表明,二维模态经验分解能够有效剔除高频、低频的干扰,较一维的模态经验分解有较大的改进,验证了该方法具备应用于井中雷达数据处理的潜力。

井中雷达的瞬态电磁波传输特性及实验验证(英文)

研究了瞬态电磁波在地层中的传输特性,为井中雷达系统设计和地层信息解释提供重要依据。通过对传播速度和衰减系数的理论计算,确定目标物与井眼间的距离以及井中雷达最大的探测距离。基于以上雷达波传输特性的理论研究,设计了一个井中雷达系统。为了验证该系统的工作性能,在石灰岩地层中开展了实验测试。实验结果表明:该雷达系统能够探测到距离井眼8m远的金属目标。