三维结构下逐段迭代射线追踪方法

高尔根 ,徐果明 ,蒋先艺 ,罗开云 ,刘同庆 ,谢端 ,史进良 .三维结构下逐段迭代射线追踪方法 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 2 ,37(1) :11～ 16本文基于 Snell定律和 Fermat原理对三维任意界面情况下的两点间射线追踪问题进行了研究。文中采用一阶不完全 Taylor展开等方法 ,推导出一个适用于三维介质分布情况下计算反 (折 )射点的 2× 2阶正定矩阵 ;从任意给定的初始路径出发 ,对射线路径进行逐段迭代计算 ,当整条射线路径的校正量之和满足一定的精度要求时 ,迭代计算过程结束 ,以最后一次迭代计算所得的射线路径作为最终的三维射线路径 ,进而实现三维结构下射线追踪计算。模型计算结果表明 ,该方法计算速度相当快 。

任意界面下的整体迭代射线追踪方法研究

研究了一种适用于任意界面下射线追踪的新方法——整体迭代射线追踪法。首先,从射线在整条路径上满足Fermat原理出发,通过采用一阶Taylor展开等办法,推出一个求取射线校正量的正定三对角矩阵方程,从而实现整条射线路径的整体迭代计算。当整条射线路径上的校正量达到一定的精度要求时,认为射线追踪过程结束。模型计算表明,本方法计算速度快,其精度可根据需要来确定。为任意界面的地震层析成像提供了一种有效的射线追踪方法。

横向各向同性介质中纵波和转换横波的快速射线追踪方法

首先根据横向各向同性介质中群速度与相速度的关系 ,以及横向各向同性介质中射线参数的表达式 ,推导出适用于做射线追踪的射线参数解析表达式。在介质的对称平面内 ,利用逐段迭代的射线追踪方法导出了任意形态光滑界面反射点和透射点的一阶修正量公式 ,可适用于纵波、转换横波的射线路径及旅行时的计算。公式推导未做弱各向异性的假设 ,对任意强度的各向异性介质都适用。通过用水平界面各向异性介质时距曲线公式 (Tsvankin 1994 )和波面计算法对相同模型的对比计算表明 ,本文的算法计算速度快 ,计算精度高 ,对介质不需做任何假设。

射线追踪方法中反射管的方向矢量分析

射线追踪方法因具有适合复杂环境和精度高等优点,是用于研究室内电波传播特性的重要技术。但是在构成射线管的射线交在墙角或墙棱时,传统的镜像法失效,无法求出下一代反射管的方向矢量。文章给出当射线管的射线交在墙角或墙棱时的下一代反射管的方向矢量解析式,从而有效地弥补了传统镜像法的缺陷,不放弃追踪任何一个对接收点有贡献的反射管。

复杂介质常梯度射线追踪方法研究

射线追踪方法是研究地震波传播的重要手段。射线追踪有多种算法 ,相比而言 ,以 L angan等人的算法最好 ,它不仅适用于复杂介质模型 ,而且能够保证计算精度及效率。本文对 L angan(1985 )提出的基于程函方程的常梯度速度射线追踪方法进行了深入的研究 ,并对该射线追踪方法的实现以及在复杂介质的速度建模中的应用进行了有益的探索。算法中考虑了反射波、透射波和临界反射。理论试算进一步表明 ,该射线追踪方法对复杂介质具有较好的适应性。

基于射线追踪方法的MIMO技术研究

对MIMO衰落信道的精确描述是设计多天线无线系统非常重要的一个要求。该文首先简要介绍MIMO技术的发展史,同时详细介绍了MIMO信道的建模方法。比较了不同建模方法之间的异同,着重介绍了射线追踪方法构建MIMO信道模型的方法,给出了如何宰确定性环境构建信道矩阵,同时给出了信道容量的计算方法。

两种常用的射线追踪方法介绍

本文介绍了在工程中两种常用的射线追踪方法。分别对其原理、特点、过程及实现作了详细介绍。

水平层状VTI介质高效射线追踪计算方法

准确、快速计算水平层状VTI(vertical transverse isotropic)介质的走时和射线路径是实现VTI介质地震叠前时间偏移和微地震监测速度建模的基础.水平层状VTI介质射线追踪的常用算法包括打靶法和最短路径法.打靶法原理简单、实现容易,但在长偏移距时存在微小初射角度变化导致射线路径巨大扰动的问题;最短路径法原理直观,但需要沿射线群速度方向(群角)计算走时,计算特定群角对应的群速度值需要先搜索对应的相速度角度(相角),显著降低了计算效率.本文综合打靶法和最短路径法的优点,从震源同时出射一系列射线,以这些射线到达界面的交点构成稀疏的网格节点,自适应加密实现检波点周围网格节点间距高于精度要求,采用插值算法获得检波点的走时和动态网格方法获得不位于网格节点上的检波点的射线路径.本文方法严格计算已知相角对应的群角和群速度,未使用弱各向异性群速度近似公式,适用于任意强度各向异性VTI介质qP、qSV和qSH直达波和反射波射线追踪;以相角确定震源出射射线,不用遍历群角和群速度对应关系.同传统最短路径方法的数值实验对比表明本文方法具有高精度和高效性,非常适合于需要多次正演计算的地震叠前时间偏移和微地震实时监测问题.

复杂介质的折射波射线追踪

本文由二维层状介质模型出发论述了折射波逐段迭代射线追踪的原理 ,由于连接炮点和接收点之间的初始射线路径满足费马原理 ,因此其上任意连续三点之间的射线路径也满足费马原理。据此即可分别推导出透射中间点和折射点的一阶修正公式 ,进行折射线逐段迭代计算求出整条射线路径。将此原理推广到二维块状介质模型 ,用于解决复杂介质中的折射波射线追踪 ,推导出任意界面上折射点的一阶显式增量修正公式 ,避免了高次多元方程的求解 ,具有计算速度快 ,能够适用任意界面的特点。文中还指出了在块状介质模型中用逐段迭代法进行射线追踪较在层状介质中难度大的原因在于射线路径点的增、删。实例试算表明 ,文中所述方法是一种有效的折射波射线追踪方法。

三维试射射线追踪子三角形法

地震波的射线追踪方法在地震资料处理中有着广泛的应用,而且射线追踪的精度和计算效率直接决定着资料处理的质量和效率。所以不断改进射线追踪方法一直是人们的研究热点。人们普遍认为,试射法是解决两点射线追踪的一种快速、精确的方法。在此基础上,本文运用三角形的面积坐标,提出了几种试射追踪方法:单纯形法,细分三角形法,分割三角形法和子三角形法。研究表明子三角形法平均试射次数最少,而且收敛快,精度最高。文中给出的三维射线追踪实例及理论研究证明:试射修正时采用对射线的方向分量修正比直接对试射角度修正的效果要好。

基于薄层模型的有限频率地震波射线追踪

基于Fermat原理的射线追踪方法都是假定地震波的频率为无限,从而求取最小旅行时所对应的路径。然而实际地震波的频率是有限的,地震波主要在Fresnel带内沿尽可能短的路径进行传播。为了使得到的射线路径更符合实际情况,在原弯曲射线法的目标函数中加入一项与射线长度有关的惩罚项,实现了基于薄层介质模型的有限频率地震射线近似追踪。理论例子表明,该方法简单,计算速度快,效果良好。

基于薄层模型的有限频率地震波射线追踪

基于Fermat原理的射线追踪方法都是假定地震波的频率为无限,从而求取最小旅行时所对应的路径。然而实际地震波的频率是有限的,地震波主要是在Fresnel带内沿尽可能短的路径进行传播的。为了使得到的射线路径更符合实际情况,本文在原弯曲射线法的目标函数中加入一项与射线长度有关的惩罚项,实现了基于薄层介质模型的有限频率地震射线近似追踪。理论例子表明,该方法简单,计算速度快,效果良好。

MIMO信道建模方法

对MIMO衰落信道的精确描述是设计多天线无线系统非常重要的一个要求。首先简要介绍了MI-MO技术的发展史,同时详细介绍了MIMO信道的建模方法,比较了不同建模方法之间的异同。着重介绍了射线追踪方法构建MIMO信道模型的方法,给出了在确定性环境中的信道矩阵的构建方法,同时给出了信道容量的计算方法。

BRT-MOM-ILDC方法分析海上无人机群目标全极化散射特性

随着海面低慢小群目标威胁性的不断增强,其雷达回波的有效探测受到了世界各国的广泛重视。海杂波影响分析和对目标上精细结构建模这两个问题是海上低慢小目标雷达散射特性仿真研究的重点内容,因此,本文以海上无人机群为分析目标,针对其飞行高度低、受杂波影响大、局部结构反射截面积小的目标特性,综合采用高频双向射线追踪方法(BRT)、多层快速多极子加速的矩量法(MOM)和边缘区域的增量长度绕射理论方法(ILDC)分区域实现可靠的电磁散射建模。该方法将目标区域分为高频电大区域、低频精细区域和棱边区域进行理论分析与计算,采用多路径方法对目标间、目标与海面的耦合作用进行有效的补充,实现全极化海面目标的散射特性高效计算和快速成像。结果分析表明,采用本文方法可以快速的获取全极化的目标散射回波和雷达图像,从而为目标识别提供大量样本信息。

各向同性薄板中横穿孔缺陷的超声兰姆波层析成像

本文将地球物理中的跨孔层析重建技术用于兰姆波的定量无损评价。综合射线追踪与代数重建技术(ART),发展了横穿孔缺陷的超声兰姆波层析成像方法。基于Snell定律和费马原理,采用射线追踪方法寻求发射和接收换能器之间超声兰姆波的实际传播路径并计算走时,然后采用ART算法对走时数据进行速度图像重建。给出了具有人工横穿孔缺陷铝板的数值模拟和实验数据的直射线和弯曲射线重建图像。结果表明,弯曲射线ART方法比直射线ART方法重建的缺陷尺寸更接近于缺陷的真实尺寸,并且当考虑射线弯曲时,重建图像的赝象也有所降低。

复杂多散射环境下EM-TRM成像技术应用研究

将电磁时间反转(EM-TRM)技术与射线追踪(Ray-tracing)方法相结合,建立了复杂多散射环境下隐蔽目标成像模型。通过该模型开展了数字仿真,分析了模型环境的多散射效应,并对单目标和多目标的情况进行EM-TRM成像实验。仿真结果表明,在复杂多散射背景下,EM-TRM技术可对隐蔽目标实现高分辨和高对比度的成像。

用地震资料测定岩石层的三维速度结构

本文发展了一种利用远震P波资料反演岩石层三维速度结构的新模型与方法;并将射线追踪方法引进上述模型与方法中。这种模型和方法同样可用于利用近震资料同时反演介质结构与震源参数。 数值实验结果表明,上述模型和方法是可行的。

华北及周边地区上地幔P波速度结构

本文基于层析成像方法研究了华北及其邻区(30°N-43°N,100°E-130°E)的上地慢P波速度结构.该区域是我国地震活动强烈的地区之一,曾多次发生破坏性地震,地质构造十分复杂.本研究采用中国数字化地震台网19962002年和中国科学院地质与地球物理所(IGGCAS)流动地震台阵2001-2003年地震记录中的P波走时,挑选了6870个地震事件,其中包括1382个区域地震事件,5488个远震事件.在对实际资料反演之前,进行了分辨率测试以确定反演结果的可靠性,对反演中不同参数对结果的影响做了分析,以确定最佳的的模型和参数.根据上述分析,以水平方向1°×1°,垂直方向以5 km、15 km、30 km为间隔划分网格,并建立初始速度模型,采用伪弯曲射线追踪方法计算走时和射线路径,通过基于LSQR算法的反演重建了研究区域40 km以下、480 km以上的三维P波速度结构.成像结果显示:(A)研究区域西南部的四川盆地北部在40 km以上为明显的低速异常,40 km以下一直到360 km均为高速异常;(B)华北盆地在90 km之上高速异常比较明显,而在120 km-360 km的深度,低速异常为区域主要特征,它与渤海湾地区的低速区连接,形成地慢楔,随着深度的增加,由于太平洋俯冲板块的影响,华北盆地和渤海湾地区下的高速异常突出.

室内环境下超宽带信号透射特性仿真与分析

时域射线跟踪技术是研究室内环境下超宽带信号透射特性的有效方法。本文利用时域射线跟踪方法研究了超宽带信号在室内环境的透射特性。然后对典型室内环境仿真,分析透射对超宽带信号功率延迟分布的影响。

航空发动机排气喷管红外辐射特征数值研究

红外隐身技术对提高未来战机战场生存力具有重要意义,发动机排气系统是飞机后半球的主要红外辐射源。为了研究涡扇发动机排气喷管的红外辐射特性,采用与成熟商用CFD软件相结合的策略,基于离散传递方法,自主开发航空发动机排气系统红外辐射特征数值计算软件。提出一种射线行程追踪方法,用来提高软件计算效率和模拟精度;最后用该软件对某型涡扇发动机排气系统收缩喷管及两种采用不同红外抑制措施的喷管进行数值模拟研究。结果表明:相对于传统的收缩喷管,二元喷管能够在绝大部分探测方向上有效降低喷管的红外辐射,引射喷管可在大角度探测方向上起到显著的红外隐身效果。