基于PSTD的电磁波逆时偏移成像算法研究及应用

发布时间：2023-02-14 19:54

　　随着探测对象日趋复杂,适应于起伏界面、复杂结构的逆时偏移成像算法得到了不断发展,此成像方法可高精度重构无法观测区域的物质形态,然而由于此算法存在计算效率低和低频噪声的问题而降低了其实用性。因此本文主要针对这两个问题进行研究。针对逆时偏移算法存在计算效率低的问题,本文对有限时域差分算法(FDTD)和伪谱时域算法(PSTD)接收波形进行仿真对比,表明前者达到数值稳定性的要求为一个波长内至少解剖12个网格密度、而后者只需要2个网格即可,表明伪谱法可以大网格剖分,从而降低了空间存储量和计算量,计算效率得到大幅度提高;此外,在满足上述两种算法各自精度要求下,计算出它们接收波形之间的最大相对误差为1.13%,平均误差为0.61%,因此用伪谱法代替差分法进行数值模拟是一种有效的方法。针对高电导率介质中的电磁波传播衰减问题,本文将改变电导率正负号的衰减补偿方法应用到逆时偏移成像中,保证电磁波进行逆时传播时的波动方程对称性,仿真波形表明衰减补偿逆时偏移方法能够很好地恢复由电导率造成的信号衰减,从而提高了成像的分辨率。针对逆时偏移算法成像中存在低频噪声现象,本文从噪声产生的机制出发,首先分析了基于时间窗互...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 数值模拟研究现状
    1.3 成像算法研究现状
    1.4 论文组织结构
2 电磁波逆时偏移成像算法理论研究
    2.1 逆时偏移成像算法
        2.1.1 逆时偏移成像算法基本原理
        2.1.2 逆时偏移成像拟解决的关键技术与流程
    2.2 成像中噪声产生的机制
    2.3 去噪方法的分类
        2.3.1 波场传播过程中去噪
        2.3.2 应用成像条件时去噪
        2.3.3 成像后去噪
    2.4 本章小结
3 数值模拟算法研究
    3.1 二维时域有限差分法(FDTD)
    3.2 二维伪谱时域算法(PSTD)
    3.3 两种数值算法精度对比
        3.3.1 相同采样精度的波形稳定性对比
        3.3.2 不同采样精度的波形稳定性对比
    3.4 衰减补偿逆时偏移成像研究
        3.4.1 衰减补偿理论研究
        3.4.2 衰减补偿仿真对比
    3.5 本章小结
4 基于PSTD的逆时偏移噪声压制方法研究
    4.1 传统逆时偏移成像效果测试
    4.2 时间窗逆时偏移成像研究及去噪效果测试
        4.2.1 时间窗逆时偏移成像算法研究
        4.2.2 去噪效果测试
    4.3 两种去噪算法研究及效果测试
        4.3.1 波场分离技术
        4.3.2 拉普拉斯滤波
        4.3.3 去噪效果测试
    4.4 本章小结
5 基于改进的逆时偏移在隧道病害中的应用
    5.1 隧道病害
    5.2 仿真与分析
        5.2.1 溶蚀裂隙模型
        5.2.2 溶洞溶腔模型
        5.2.3 组合模型
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3742914