基于CN-FDTD的井下电磁正演模拟研究

发布时间：2021-01-19 08:16

　　电磁计算是研究复杂目标电磁特性的主要方法。正演作为电磁计算问题研究过程的基础,其计算结果直接影响反演、成像的效果。因此,开展电磁正演模拟研究具有十分重要的意义。针对时域有限差分算法对精细结构的数值计算效率低的问题,提出一种改进的Crank-Nicolson时域有限差分算法。通过研究FDTD算法与Crank-Nicolson理论,使用中心差分和前后项替换计算的原理,推导全空间三维电磁时域有限差分算法。基于Crank-Nicolson差分格式的离散思想,对Maxwell旋度方程组的差分形式进行空间位置的拆分,设置所有物理量均与Z坐标无关,即Z方向的一阶偏导数为零,结合二维TM波、TE波的时域有限差分算法公式,推导出具有二阶精度的Crank-Nicolson时域有限差分方程,从而可以减少一个维度的数据计算量,大幅提高正演模拟的计算效率。构建井下含水断层、积水采空区富水区三维空间模型,对比FDTD算法、CN-FDTD算法以及改进的CN-FDTD算法的计算效率;基于改进的CN-FDTD算法,研究激励源函数及其工作频率对电磁正演模拟结果的影响,验证改进后算法的计算精度,并分析电场强度的空间分布规律... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究思路和研究内容
        1.3.1 研究思路
        1.3.2 研究内容
2 三维时域有限差分算法研究
    2.1 时域有限差分算法
    2.2 数值稳定性条件
    2.3 吸收边界条件
    2.4 本章小结
3 改进的三维Crank-Nicolson时域有限差分算法
    3.1 Crank-Nicolson时域有限差分算法
        3.1.1 CN-FDTD的基本原理
        3.1.2 CN-FDTD的 Mur吸收边界条件
    3.2 改进CN-FDTD算法
    3.3 改进CN-FDTD算法计算效率分析
    3.4 本章小结
4 基于改进CN-FDTD的井下富水区三维正演模拟
    4.1 富水区正演模型的建立
    4.2 激励源的选取
        4.2.1 激励源函数的选取
        4.2.2 激励源频率的选取
    4.3 算法验证
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]采用CN-FDTD研究不同介电常数对PRDGS传输特性的影响[J]. 金涛斌,刘正文,罗雨,罗毅彪.  电力学报. 2020(01)
[2]一种新型的高阶时域有限差分方法[J]. 许杰,徐珂,黄志祥.  电子与信息学报. 2020(02)
[3]三维柱坐标ADI-FDTD算法及其CPML实现[J]. 朱大伟,陈海林,杨洁,陈彬.  微波学报. 2019(05)
[4]任意色散周期结构的时域有限差分方法分析[J]. 马立宪,李燕茹,陈帅,樊振宏.  应用光学. 2019(05)
[5]空间域滤波FDTD算法的精度分析[J]. 龙泽宇.  集成电路应用. 2019(09)
[6]矿井全空间三维主轴各向异性介质瞬变电磁场响应特征研究[J]. 程久龙,黄少华,温来福,董毅,王浩宇.  煤炭学报. 2019(01)
[7]瞬变电磁三维FDTD正演多分辨网格方法[J]. 孙怀凤,程铭,吴启龙,米德才,李术才,李貅,李敦仁,李凯,骆俊晖.  地球物理学报. 2018(12)
[8]三维随机断裂带的航空时域电磁响应数值模拟[J]. 关珊珊,殷长春,嵇艳鞠,黎东升,耿毅男.  地球物理学报. 2018(11)
[9]面向高分辨SAR仿真的典型目标电磁散射快速计算方法[J]. 康利鸿,史庆武,邹斌,潘鑫,张晔.  哈尔滨工程大学学报. 2018(10)
[10]地面-井下双源瞬变电磁立体探测模拟研究[J]. 许颢砾,王大庆,刘志新,邓正栋,于景邨,丁志斌.  地质与勘探. 2018(03)

硕士论文
[1]各向异性磁等离子体的无条件稳定CN-FDTD算法研究[D]. 庄永佳.天津工业大学 2018
[2]CN-FDTD分析随钻电磁波电阻率测井的电磁响应[D]. 张振.山东大学 2012



本文编号：2986658