瞬变电磁场模拟中的CPML吸收边界条件 被引量：6

1

作者 姜彦南 刘文 +1 位作者 王娇 张文翠 《计算物理》 CSCD 北大核心 2015年第6期701-708,共8页

提出用于瞬变电磁法(TEM)模拟的时域有限差分(FDTD)算法中的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件.首先,在磁场散度方程显式处理条件下,计算磁场z分量时,构造出一种计算时域卷积项的方法,并详细推导计算磁场z分量的表达式.而后,对均匀半空... 提出用于瞬变电磁法(TEM)模拟的时域有限差分(FDTD)算法中的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件.首先,在磁场散度方程显式处理条件下,计算磁场z分量时,构造出一种计算时域卷积项的方法,并详细推导计算磁场z分量的表达式.而后,对均匀半空间模型进行数值计算.结果表明,提出的CPML吸收边界条件在保证计算精度的前提下,实现了瞬变电磁法时域有限差分高效正演计算. 展开更多

关键词 瞬变电磁法 时域有限差分 完全匹配层 cpml吸收边界条件

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CPML在瞬变电磁法时域有限差分三维正演中的应用分析 被引量：3

2

作者 余翔 王绪本 +3 位作者 朱湘琴 林雪洁 杨峰 唐沐恩 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2017年第4期1705-1710,共6页

在瞬变电磁法三维数值模拟中,边界采用Dirichlet条件会导致计算空间过大,耗时过长.对电磁场传播的开域空间进行截断,在截断边界采用CPML吸收边界条件,可以有效减少计算量.从坐标伸缩Maxwell方程可以推导出CPML差分更新方程,通过对空气... 在瞬变电磁法三维数值模拟中,边界采用Dirichlet条件会导致计算空间过大,耗时过长.对电磁场传播的开域空间进行截断,在截断边界采用CPML吸收边界条件,可以有效减少计算量.从坐标伸缩Maxwell方程可以推导出CPML差分更新方程,通过对空气介质、似稳态条件下大地介质的吸收边界参数进行理论推导,分析了不同频率下的衰减系数和反射系数对吸收效率的影响.根据分析结果对Roden提出的吸收边界参数分布进行改进,使其适合低频条件下的电磁波吸收;分别以无耗空气模型、典型大地介质模型和地下高阻空腔模型为例,计算了CPML吸收边界在不同介质、不同空间大小下的反射误差.计算结果表明,地下模型的边界距离CPML边界在10~15个网格,空气层厚度4~6个网格的空间大小就可以满足计算精度要求. 展开更多

关键词 瞬变电磁 有限差分 cpml吸收边界条件 衰减系数 反射系数

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基于CPML边界条件的水下地质雷达数值模拟 被引量：1

3

作者 彭凌星 密士文 +2 位作者 何现启 杜木 魏延升 《山东国土资源》 2017年第6期63-68,共6页

水下的地质雷达探测与常规的地质雷达探测具有显著的不同点。文中对CPML吸收边界条件的公式进行推导,并通过数值模拟对均匀介质以及非均匀介质中吸收边界条件的吸收效果进行了验证,数值模拟的波场快照证明了CPML吸收边界条件在水下的地... 水下的地质雷达探测与常规的地质雷达探测具有显著的不同点。文中对CPML吸收边界条件的公式进行推导,并通过数值模拟对均匀介质以及非均匀介质中吸收边界条件的吸收效果进行了验证,数值模拟的波场快照证明了CPML吸收边界条件在水下的地质雷达数值模拟中具有很好的吸收效果。通过对水平层状介质模型以及倾斜层状介质模型开展数值模拟,并结合实际探测的雷达图像,证明地质雷达对于水下地层的探测能够取得良好的效果;通过对空洞体位于不同深度时的数值模拟,证明了地质雷达对于水下的空洞探测也能对其位置及规模进行较为准确的判断。这为水下地质灾害的探测提供了理论依据及指导。 展开更多

关键词 地质雷达 水下 cpml边界条件 数值模拟

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基于CFS-CPML边界处理的LOVE面波有限差分模拟 被引量：2

4

作者 孙成禹 闫月锋 蓝阳 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2015年第6期2558-2565,共8页

建立近地表横波速度模型时通常需要用到面波分析的方法.Love面波是在低速层分界面附近传播的一种SH型不均匀平面波,本文利用高阶有限差分算子、合理的自由地表边界条件以及CFS-CPML吸收边界条件,获得了高精度的Love面波波场记录,并与传... 建立近地表横波速度模型时通常需要用到面波分析的方法.Love面波是在低速层分界面附近传播的一种SH型不均匀平面波,本文利用高阶有限差分算子、合理的自由地表边界条件以及CFS-CPML吸收边界条件,获得了高精度的Love面波波场记录,并与传统的分裂式完全匹配层得到的波场记录作对比,体现了CFS-CPML吸收边界条件的优越性.在此基础上将数值模拟提取的频散特征与理论的频散特征进行对比,证明二者非常吻合,验证了Love面波有限差分模拟的精度很高,可以用来研究复杂情形下的Love面波频散特征,并分析了Love面波位移应力等一系列正演特征. 展开更多

关键词 有限差分 Love面波 CFS-cpml吸收边界条件

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基于CUDA架构的三维CPML-FDTD并行方法 被引量：4

5

作者 胡媛 李康 +1 位作者 孔凡敏 杜刘革 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第25期220-223,共4页

为解决时域有限差分(FDTD)算法应用于电大尺寸目标仿真的巨大耗时问题,应用FDTD算法的并行特性和通用图形处理器(GPGPU)技术,实现了一种基于计算统一设备架构(CUDA)的三维FDTD并行计算方法,采用了时域卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件... 为解决时域有限差分(FDTD)算法应用于电大尺寸目标仿真的巨大耗时问题,应用FDTD算法的并行特性和通用图形处理器(GPGPU)技术,实现了一种基于计算统一设备架构(CUDA)的三维FDTD并行计算方法,采用了时域卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件模拟开域空间,对不同网格数目标仿真计算。进一步结合FDTD算法和CUDA的特点进行了优化,当计算空间元胞数在十万数量级及以上时,优化前后GPU运算相对于同时期的CPU分别可获得10和25倍以上的加速,结果表明该方法较适合用于实际电磁问题的仿真。 展开更多

关键词 时域有限差分(FDTD) 并行计算 时域卷积完全匹配层(cpml) 基于计算统一设备架构(CUDA) 通用图形处理器(GPGPU) 加速

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瞬变电磁低频近似Maxwell方程的CPML吸收边界及施加方法

6

作者 柳尚斌 李雪峰 +2 位作者 蓝日彦 李敦仁 孙怀凤 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1472-1481,共10页

为保证瞬变电磁场晚期信号计算正确,在时域有限差分正演中通常采用低频近似,即将磁场散度方程显式的包含在电磁场迭代方程中,因而H_(z)的求解方式与H_(x)、H_(y)不同,导致常规CPML吸收边界无法施加.本文重新推导了CPML介质中的迭代方程... 为保证瞬变电磁场晚期信号计算正确,在时域有限差分正演中通常采用低频近似,即将磁场散度方程显式的包含在电磁场迭代方程中,因而H_(z)的求解方式与H_(x)、H_(y)不同,导致常规CPML吸收边界无法施加.本文重新推导了CPML介质中的迭代方程,并将其与常规介质中的迭代方程在形式上进行了统一,提出了一种适用于瞬变电磁低频近似下三维FDTD的CPML边界条件及施加方法.首先采用均匀半空间模型来验证本方法的有效性,发现模拟结果与解析解吻合较好,且模拟用时为采用Dirichlet边界FDTD用时的一半;而且,反射误差实验验证了本文的CPML边界吸收效率较高.之后,模拟了典型的三层模型,发现本方法的模拟结果与线性数字滤波解吻合程度较好.最后采用本方法计算了航空瞬变电磁带地形的复杂模型,实验证明了本文提出的CPML具有广泛的适用性. 展开更多

关键词 瞬变电磁 三维正演 FDTD 低频近似 卷积完全匹配层(cpml)

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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

7

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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CPML在脉冲辐射场数值模拟中的应用研究 被引量：1

8

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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三维柱坐标ADI-FDTD算法及其CPML实现 被引量：1

9

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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CPML条件下黏弹介质地震波传播的有限差分模拟与特征分析 被引量：1

10

作者 乐友喜 张会娟 +3 位作者 问雪 刘兵卿 赵迎 刘陈希 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2016年第2期49-55,共7页

在波动方程有限差分波场数值模拟中,为了使计算得到的边界波场值更接近于真实的边界波场值,需要使用边界条件以减少来自计算区域边界的人为反射能量。传统的分裂式完全匹配层(SPML)吸收边界条件不能有效吸收掠射波,后来发展的不分裂卷... 在波动方程有限差分波场数值模拟中,为了使计算得到的边界波场值更接近于真实的边界波场值,需要使用边界条件以减少来自计算区域边界的人为反射能量。传统的分裂式完全匹配层(SPML)吸收边界条件不能有效吸收掠射波,后来发展的不分裂卷积完全匹配层(CPML)能够较好地处理这个问题,并且CPML在处理边界问题时无需对波场进行非物理分裂。本文针对Kelvin-Voigt模型的黏弹性介质,采用高阶交错网格有限差分方法进行数值模拟,同时利用CPML吸收边界条件进行边界处理。数值模拟结果表明:与弹性波相比,大角度入射产生的低频掠射波对黏弹性波的影响更大;CPML吸收边界条件对低频掠射波的吸收效果比传统的SPML吸收边界条件更好。 展开更多

关键词 不分裂卷积完全匹配层 数值模拟 黏弹性 衰减

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基于CPML的FDTD法矿山地质灾害应急数值模拟 被引量：1

11

作者 尤双双 谢杰文 彭谷香 《世界有色金属》 2019年第12期115-118,共4页

坐标伸缩完全匹配层或称卷积完全匹配层(Convolution perfectly matched layer,CPML),也称为不分裂卷积完全匹配层是由复频率参数完全匹配层(Complex Frequency Shifted perfectly matched layer,CFS-PML)改进的一种无需分裂场量的吸收... 坐标伸缩完全匹配层或称卷积完全匹配层(Convolution perfectly matched layer,CPML),也称为不分裂卷积完全匹配层是由复频率参数完全匹配层(Complex Frequency Shifted perfectly matched layer,CFS-PML)改进的一种无需分裂场量的吸收边界条件.因其具备普通的截断边界吸收条件的优势,以及其独特的特征而受到广泛地推广和应用.以矿山地质灾害为例,通过大量分析前人的研究成果,阐述数值模拟在矿山地质灾害发生过程中推演中的应用情况,文章首先简单地介绍了CPML的背景;然后重点推导了基于CPML的FDTD法的差分格式;最后,结合实际的物理模型,对基于CPML-FDTD的一维及二维的情况进行矿山地质灾害应急情况进行数值模拟.从模拟结果来看,CPML对边界处的波吸收对灾害应急决策具有辅助作用. 展开更多

关键词 cpml边界条件 矿山 地质灾害 数值模拟

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频率-空间域CPML和特征分析法组合边界研究

12

作者 李桂花 王树林 +1 位作者 张文波 徐子煜 《CT理论与应用研究（中英文）》 2022年第3期269-279,共11页

在地震波场数值模拟过程中,边界反射是影响其模拟结果的一个重要因素。实际地下介质具有各向异性特征,传统的完全匹配层边界(PML)对于小入射角地震波具有良好效果,但该方法并不能有效地吸收低频波和大角度入射波。针对VTI介质边界反射... 在地震波场数值模拟过程中,边界反射是影响其模拟结果的一个重要因素。实际地下介质具有各向异性特征,传统的完全匹配层边界(PML)对于小入射角地震波具有良好效果,但该方法并不能有效地吸收低频波和大角度入射波。针对VTI介质边界反射的问题,本文提出在频率-空间域有限差分法数值模拟中采用卷积完全匹配层(CPML)和特征分析法的组合边界条件,并对该组合边界条件进行数值模拟实验和边界反射吸收效果分析,验证所提方法是一种可靠的人工吸收边界条件,能够有效地压制波场模拟过程中产生的边界反射。 展开更多

关键词 频率-空间域 有限差分数值模拟 cpml边界 特征分析法 VTI介质

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一种截断Cole-Cole色散媒质CPML的FDTD方案

13

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

14

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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二阶声波方程非分裂式CPML实施新方法 被引量：2

15

作者 方修政 钮凤林 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2021年第8期1341-1354,共14页

完全匹配层(PML)是处理波动方程数值模拟中模型边界反射问题的常用方法,在时间域有限差分(FD)波场数值模拟中得到了广泛的应用.早期的PML技术存在对于近切入射和低频反射吸收效果较差的问题,由此产生了复频移PML(CFS-PML)模型边界反射... 完全匹配层(PML)是处理波动方程数值模拟中模型边界反射问题的常用方法,在时间域有限差分(FD)波场数值模拟中得到了广泛的应用.早期的PML技术存在对于近切入射和低频反射吸收效果较差的问题,由此产生了复频移PML(CFS-PML)模型边界反射压制法,其中基于递归卷积技术的复频移PML(CPML),由于其算法在时间域的高效性,被广泛应用于时间域一阶方程的数值模拟.一阶波动方程CPML边界条件是非常成熟的方法,但是二阶方程, CPML方法还需要进一步发展研究.目前,二阶方程的CPML处理方法需要引入辅助方程或者辅助变量,导致计算量增加,从而对数值模拟效率产生一定的影响.本文提出了一种分区域两步法CPML实施策略,简称为TS-CPML. TS-CPML通过对二阶CPML控制方程进行两步有限差分进行数值模拟,从而避免计算引入辅助变量的新二阶偏微分方程或其他辅助方程,具有计算效率高、编程易于实现等特点.我们将该方法应用于二阶声波方程和TTI介质二阶拟声波方程组,数值模拟显示,在相同参数下,由模型边界产生的反射波振幅约为传统二阶方程CPML方法的50%以上,验证了TSCMPL技术的优越性. 展开更多

关键词 PML cpml 边界条件 有限差分方法 二阶波动方程 波场数值模拟

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基于LOD-FDTD的探地雷达正演模拟

16

作者 王波桦 沈鸿雁 +6 位作者 车晗 刘帅 王驰 张成伟 王昊 封士圣 王康龙 《工程地球物理学报》 2025年第4期632-644,共13页

探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)正演模拟是解译和反演实测GPR数据的基础。然而,使用传统时域有限差分方法(Finite Difference Time Domain,FDTD)实现GPR正演模拟时,时间步长受到Courant Friedrichs Lewy(CFL)条件严格限制,存... 探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)正演模拟是解译和反演实测GPR数据的基础。然而,使用传统时域有限差分方法(Finite Difference Time Domain,FDTD)实现GPR正演模拟时,时间步长受到Courant Friedrichs Lewy(CFL)条件严格限制,存在运算耗时较长的问题,为此,提出使用局部一维隐式时域有限差分方法(Locally One Dimension Finite Difference Time Domain,LOD-FDTD)实现二维GPR正演模拟。LOD-FDTD使用Crank-Nicolson方法从FDTD中推导得到,该方法的时间步长不受CFL条件限制,能够使用大时间步快速完成GPR正演模拟。对均质模型以及含多层界面和多个地质体的复杂地质模型进行GPR正演模拟实验,结果表明,在占用内存空间小于120MB的情况下,LOD-FDTD方法能够使用FDTD最大时间步长2倍以上的时间步长,有效地计算雷达波在地下空间的传播过程,并获得不同地质体的GPR响应信号,证明了本文方法具有占用内存适中、运算速度快、求解精度好等优点,较传统FDTD能够快速、高效地实现GPR正演模拟。 展开更多

关键词 探地雷达 正演模拟 时域有限差分 局部一维时域有限差分 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

17

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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时域瞬变电磁法三维有限差分正演技术研究 被引量：17

18

作者 余翔 王绪本 +3 位作者 李新均 林雪洁 杨峰 唐沐恩 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期810-819,共10页

瞬变电磁法应用广泛,三维数值模拟是研究复杂地质模型异常响应规律的重要技术手段之一,也是反演的基础.目前瞬变电磁数值模拟的不足主要有两个方面:第一,场源是在地表水平、浅层介质均匀的条件下计算的,限制了应用范围;第二,地下边界采... 瞬变电磁法应用广泛,三维数值模拟是研究复杂地质模型异常响应规律的重要技术手段之一,也是反演的基础.目前瞬变电磁数值模拟的不足主要有两个方面:第一,场源是在地表水平、浅层介质均匀的条件下计算的,限制了应用范围;第二,地下边界采用Dirichlet边界条件,导致计算空间很大,耗时较长.针对上述问题,在三维正演时,场源采用有限长细导线模型,在Maxwell有源差分方程中直接加入电流密度进行计算.在地表面加入空气层,避免了复杂的向上延拓计算,也可以对地形影响下的响应规律进行分析.在空气边界和地下边界均采用CPML吸收边界条件,并改进了CPML的参数分布,能够吸收空气介质和大地介质中的低频电磁波而反射误差极小,在满足计算精度的条件下可以有效减小节点数量.对循环迭代方法进行优化,将计算域、CPML区域和场源的空间循环统一转化为矩阵方式,加快了计算速度,但是空间消耗增大了约4~5倍.采用三维有限差分正演算法对均匀半空间模型、层状模型和地形模型进行了计算,并与解析解进行了对比验证. 展开更多

关键词 瞬变电磁 有限差分 三维正演 cpml吸收边界条件 细导线模型

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基于MPI的面波有限差分正演模拟 被引量：5

19

作者 邵广周 赵凯鹏 吴华 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期294-303,共10页

近年来,瑞利波波形反演技术因其避开了常规频散曲线计算,直接进行波场计算和反演不再受水平层状介质理论假设的限制,得到广大学者的高度重视。但瑞利波波形反演过程中需要不断进行波场正演和逆推计算。另外,由于浅地表速度较小,模拟计... 近年来,瑞利波波形反演技术因其避开了常规频散曲线计算,直接进行波场计算和反演不再受水平层状介质理论假设的限制,得到广大学者的高度重视。但瑞利波波形反演过程中需要不断进行波场正演和逆推计算。另外,由于浅地表速度较小,模拟计算时需要较小的网格间距才能避免数值频散,这无疑大大增加了正演模拟的计算量。对于这一问题,通常采用并行化设计来提高正演模拟的计算效率。本文基于消息传递接口(MPI)并行有限差分算法,以区域分解思路将模型区间分解成若干子区域,各区域互相通信,共同完成对模型的正演计算。并详细给出了区域分解、坐标转换、区域通信、波场合并等并行方案中的具体实现方法和实现步骤。通过对弹性模型、Kelvin黏弹性模型和标准线弹性固体(SLS)黏弹性模型不同并行方案的计算结果进行分析,验证了本文并行方案的可行性和有效性。并行计算结果表明,与单处理器计算时间相比,增加处理器数目可以明显减少计算时间,但随着处理器数目的增加,不同处理器之间的通信时间也增大;因此,并行时需要选择合适的处理器数目。对于黏弹性介质模型,SLS黏弹性模型的并行计算效率优于Kelvin黏弹性模型。 展开更多

关键词 MPI 高阶交错网格 有限差分 镜像法 cpml 区域分解

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常Q衰减介质分数阶波动方程优化有限差分模拟 被引量：6

20

作者 孙成禹 乔志浩 +1 位作者 伍敦仕 滕腾 《地震学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期343-355,共13页

本文基于Kjartansson常Q模型理论,推导了常Q衰减介质中黏声波和黏弹性波的速度-应力方程,并采用基于二项式窗函数的优化交错网格有限差分方法进行了数值模拟,同时引入不分裂的复频移卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件,以消除边界反射.... 本文基于Kjartansson常Q模型理论,推导了常Q衰减介质中黏声波和黏弹性波的速度-应力方程,并采用基于二项式窗函数的优化交错网格有限差分方法进行了数值模拟,同时引入不分裂的复频移卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件,以消除边界反射.使用基于自适应时间步长记忆方法的中心差分近似时间分数阶导数,与常用的短时记忆方法相比,提高了波动方程的离散化精度和计算效率.通过对比均匀模型下声波的数值解与解析解,验证了算法的精确性,并进一步分析了不同品质因子下地震波的频散及衰减特征.对BP盐丘模型的数值模拟结果可以较好地反映本文数值方法对复杂介质的适应性及频散压制效果. 展开更多

关键词 常Q衰减 分数阶导数 优化有限差分 自适应记忆 cpml

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