水利工程用探地雷达阵列天线优化方法研究
发布时间：2021-02-26 09:58
作为重要的水利工程,水库大坝在国家的经济发展和生产安全中有举足轻重的地位。由于历史问题,一些水库大坝施工质量不高,加上长时间的使用,大多存在渗水、漏水的问题,不仅造成了水资源的浪费,而且对人民的生命财产以及国家的生产安全带来了极大的威胁。为了避免这些事情的发生,就要做好日常的检测,其中探地雷达是比较方便的一种无损检测方法,相比于其他方法,探地雷达具有操作便捷、对检测区域无伤害、检测效果明显等优点。为了得到好的检测结果,就要求探地雷达有合理的天线设计,本文主要针对探地雷达阵列天线的优化方法展开了研究。首先,介绍了探地雷达电磁波的传播特点,从麦克斯韦方程入手,结合本构关系,以及传播介质的电性和磁性,分析了电磁波在传播过程中的损耗以及反射折射的规律。其次,对探地雷达进行了机理分析,介绍了天线中心频率、时窗、采样率、测量点距等参数的选择对探地雷达分辨率和深度的影响。在此基础上,根据Yee网格离散化的原则,利用MATLAB建立二维坝基渗漏模型并进行正演模拟,模拟结果表明,对于深度为56米的目标,100MHz的探测结果在成像效果和分辨率上比较优秀。然后,介绍了基本蚁狮优化算法...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波在不同介质中的传播
这几个关键参数对探地雷达的两个关键参考量——分辨率和探测深度的影响。利用时域有限差分法（FDTD）对二维空间进行 FDTD Yee 氏网格离散处理的原理，得到其电磁分布方程。基于水库坝基的实际构造，建立了空气层、混凝土层、黏土层及两个渗水洞的理想模型，并依据理想模型建立混凝土层带有石灰岩干扰点的干扰模型。利用 MATLAB 实现系统架构，并进行正演模拟。3.2 探地雷达机理分析探地雷达属于电磁波的探测方法，基本的原理是由发射天线（TransmitAntenna发射电磁波通过探测的目标区域到达目标体，并在目标体表明发生反射，反射电磁波传回到接收天线（Receiving Antenna），再由雷达系统经过放大滤波等处理后，分析反射波的信号，并进行处理，提取出有效的信息，还原出探测目标及其周围环境的分布情况[46]，如图 3.1 所示。发射机 数据采集 数据处理
Yee 网格模型，设二维 Yee 网格的大小分别为x，y）为zE 、xH 、yH的节点，表 3-4 中标表 3-4 节点坐标及对应时刻xExH（i，j） （i，j+1/2） t = ( n + 1)Δ tt = ( n + 1 / 2)Δ tFDTD 方程分别为：1/ 2 1 ( )) ( ) ( , ) [ ( , 1)2 2n n x z CQ mCP m H i j E i j y = + + Δ1/ 21 ( )) ( ) ( , ) [ ( 1, )2n n y z CQ mj CP m H i j E i j x = + + + Δ1 1/2 1/2( ) 1 n n nCB m+ + +
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟[J]. 吴学礼,贾江波,孟凡华,李素康,张浩浩. 河北科技大学学报. 2017(04)
[2]基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定[J]. 周立刚,于东升,王玺洋,王秀虹,张海东. 土壤学报. 2016(03)
[3]中国水库大坝风险标准与应用研究[J]. 李宗坤,葛巍,王娟,李巍. 水利学报. 2015(05)
[4]岩溶地区水库渗漏原因分析与无损检测验证[J]. 任爱武,柯柏荣,程建设,孙平,段庆伟,邵宇. 水利学报. 2014(S2)
[5]麦克斯韦方程和规范理论的观念起源[J]. 杨振宁,汪忠. 物理. 2014(12)
[6]水库大坝渗漏地球物理检测技术方法及进展[J]. 陈兴海,张平松,江晓益,谭磊. 工程地球物理学报. 2014(02)
[7]Predicting geological hazards during tunnel construction[J]. Shucai Li,Shuchen Li,Qingsong Zhang,Yiguo Xue,Bin Liu,Maoxin Su,Zhechao Wang,Shugang Wang Geotechnical and Structural Engineering Research Center,Shandong University,Jinan,250061,China. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2010(03)
[8]南水北调东线渠道衬砌混凝土厚度GPR快速无损检测[J]. 郭秀军,张盟,罗辉,李永顺,李典基,蒋莆伟. 南水北调与水利科技. 2009(06)
[9]水库堤坝渗漏的探地雷达探测研究[J]. 何开胜,王国群. 防灾减灾工程学报. 2005(01)
[10]浅析探地雷达的分辨率[J]. 袁明德. 物探与化探. 2003(01)
博士论文
[1]基于混合ADI-FDTD亚网格技术的GPR高效正演暨水利工程中的应用研究[D]. 吴奇.中南大学 2014
硕士论文
[1]探地雷达的时域仿真方法研究[D]. 王道平.安徽大学 2010
本文编号：3052427
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波在不同介质中的传播
这几个关键参数对探地雷达的两个关键参考量——分辨率和探测深度的影响。利用时域有限差分法（FDTD）对二维空间进行 FDTD Yee 氏网格离散处理的原理，得到其电磁分布方程。基于水库坝基的实际构造，建立了空气层、混凝土层、黏土层及两个渗水洞的理想模型，并依据理想模型建立混凝土层带有石灰岩干扰点的干扰模型。利用 MATLAB 实现系统架构，并进行正演模拟。3.2 探地雷达机理分析探地雷达属于电磁波的探测方法，基本的原理是由发射天线（TransmitAntenna发射电磁波通过探测的目标区域到达目标体，并在目标体表明发生反射，反射电磁波传回到接收天线（Receiving Antenna），再由雷达系统经过放大滤波等处理后，分析反射波的信号，并进行处理，提取出有效的信息，还原出探测目标及其周围环境的分布情况[46]，如图 3.1 所示。发射机 数据采集 数据处理
Yee 网格模型，设二维 Yee 网格的大小分别为x，y）为zE 、xH 、yH的节点，表 3-4 中标表 3-4 节点坐标及对应时刻xExH（i，j） （i，j+1/2） t = ( n + 1)Δ tt = ( n + 1 / 2)Δ tFDTD 方程分别为：1/ 2 1 ( )) ( ) ( , ) [ ( , 1)2 2n n x z CQ mCP m H i j E i j y = + + Δ1/ 21 ( )) ( ) ( , ) [ ( 1, )2n n y z CQ mj CP m H i j E i j x = + + + Δ1 1/2 1/2( ) 1 n n nCB m+ + +
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟[J]. 吴学礼,贾江波,孟凡华,李素康,张浩浩. 河北科技大学学报. 2017(04)
[2]基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定[J]. 周立刚,于东升,王玺洋,王秀虹,张海东. 土壤学报. 2016(03)
[3]中国水库大坝风险标准与应用研究[J]. 李宗坤,葛巍,王娟,李巍. 水利学报. 2015(05)
[4]岩溶地区水库渗漏原因分析与无损检测验证[J]. 任爱武,柯柏荣,程建设,孙平,段庆伟,邵宇. 水利学报. 2014(S2)
[5]麦克斯韦方程和规范理论的观念起源[J]. 杨振宁,汪忠. 物理. 2014(12)
[6]水库大坝渗漏地球物理检测技术方法及进展[J]. 陈兴海,张平松,江晓益,谭磊. 工程地球物理学报. 2014(02)
[7]Predicting geological hazards during tunnel construction[J]. Shucai Li,Shuchen Li,Qingsong Zhang,Yiguo Xue,Bin Liu,Maoxin Su,Zhechao Wang,Shugang Wang Geotechnical and Structural Engineering Research Center,Shandong University,Jinan,250061,China. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2010(03)
[8]南水北调东线渠道衬砌混凝土厚度GPR快速无损检测[J]. 郭秀军,张盟,罗辉,李永顺,李典基,蒋莆伟. 南水北调与水利科技. 2009(06)
[9]水库堤坝渗漏的探地雷达探测研究[J]. 何开胜,王国群. 防灾减灾工程学报. 2005(01)
[10]浅析探地雷达的分辨率[J]. 袁明德. 物探与化探. 2003(01)
博士论文
[1]基于混合ADI-FDTD亚网格技术的GPR高效正演暨水利工程中的应用研究[D]. 吴奇.中南大学 2014
硕士论文
[1]探地雷达的时域仿真方法研究[D]. 王道平.安徽大学 2010
本文编号：3052427
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