路基下目标体的路面雷达电磁波模拟与分析

为准确分析路基下不同目标体的路面雷达电磁波回波特性,采用二维时域有限差分方法(2D-FDTD),对路基金属及空洞目标体的路面雷达电磁波进行了正演模拟,分析了路基媒质的介电常数、目标体的埋深、形状等对路面雷达反射波的影响.在目标体周围路基介质介电常数为非均匀分布情况下,对该实验正演模拟结果与实测结果进行对比.结果表明,模拟结果与实测结果吻合较好,验证了该正演模拟方法的正确性.     

多层介质中路面雷达电磁波传播数值模拟

针对高效、快速、连续、无损的路面雷达应用技术存在的问题,研究了路面雷达电磁波在多层介质中的传播规律,基于电磁波理论的基本原理,从Maxwell方程着手,建立了雷达电磁波在路面结构体系中的传播模型,该模型考虑了介质介电常数虚部的贡献,理论上更加严谨,并更接近于道路工程实际,应用该模型,模拟合成了多层路面结构体系中雷达电磁波的反射信号,将其与实测信号对比,验证了所建立模拟方法的正确性和适用性。     

探地雷达检测混凝土含水率试验研究

混凝土含水率对混凝土材料和结构性能有很大影响,但其无损检测技术不能满足实际需要.雷达电磁波的传播速度主要由材料介电常数决定,而影响混凝土材料介电常数主要是其含水率.本文对探地雷达检测混凝土含水率技术进行研究,采用干燥法得到混凝土试块含水率,利用探地雷达测得雷达波在混凝土板中的波速,得到了探地雷达波速和混凝土含水率的关系,发现探地雷达波速和混凝土含水率具有良好的线性关系.     

碳纳米管/聚合物复合材料的介电与储能特性研究

基于RC网络模型,导出了碳纳米管/聚合物复合材料复介电常数的表达式.深入探讨了碳纳米管的含量、碳纳米管的弯曲度和电磁波频率对碳纳米管/聚合物复合材料储能特性的影响,构建了碳纳米管/聚合物复合材料储能特性的理论模型.数值计算了碳纳米管/聚合物复合材料的复介电常数和储能密度.模拟结果表明:在聚合物基质中适当添加碳纳米管,能使材料复介电常数的实部显著增大,储能特性显著增强;增大碳纳米管的弯曲度和电磁波的频率会导致材料的储能密度明显降低.理论值与已获得的实验数据相吻合.     

路面雷达电磁波在色散介质的FDTD模拟

描述了色散介质本构模型和色散介质的FDTD基本算法,建立了路面雷达电磁波在色散介质FD TD的模型,并利用该模型对电磁波在色散介质中的传播进行了研究.     

烟气排放物对微波频段信号影响的定量计算

从电磁波传输理论出发,提出了一种利用非绝缘混合介质的等效介电常数计算工业烟气排放物对电磁波传输影响的方法,给出了正常排放条件下烟气混合排放物对电磁波吸收大小的定量计算公式,并利用欧盟和我国大气污染排放标准数值讨论了卫星地面站附近烟气排放物对信号的吸收大小.结果表明,由于金属颗粒的存在,烟气排放物会对传输的电磁波产生一定的吸收损耗,这种损耗将对卫星地面站的正常通信产生一定的影响,而且这种影响随着排放物中金属颗粒含量的增大而显著地增大.     

植被的微波介电常数研究进展

从影响植被介电常数的几个关键因素出发,详细阐述了介电常数随植物含水量、电磁波频率以及温度等参数的动态变化情况;在此基础上,区别介绍了植物材料和植被冠层的相关介电常数模型以及它们各自的适用范围,并对各模型的模拟精度进行了对比和讨论.综合国内外目前对植被介电常数的研究现状,分析了当前该领域研究的不足之处,指出未来的研究可重点面向寒区微波遥感技术,以拓展频率和温度范围为核心,在明确植物体内自由水与束缚水真实含量的基础上,对原有植被介电常数模型进行改进和发展,提高模型对不同植被介电常数的模拟精度,使之能更好的应用于各种不同的自然环境,尤其是寒区冻土、积雪以及植被的微波遥感监测.     

电磁波在沙尘暴中传播的MonteCarlo模拟

采用MonteCarlo方法、考虑沙尘颗粒间的多次散射和独立散射模拟了电磁波在沙尘暴中的传播,得到了电磁波穿过沙尘暴后的衰减率,发现考虑颗粒间多次散射的衰减率与实验结果较为一致,而独立散射结果与实验结果相差较大．进而研究了不同尺度参数、电磁波频率、电磁波入射角度、介电常数等因素对电磁波在沙尘暴中传播的影响,当沙粒所占的体积分数、入射波频率、沙粒介电常数、含水量等参数增大时衰减率增大,当电磁波入射角度增大时,衰减率减小．     

非均匀介质吸波性能研究

研究了介电常数及磁导率变化的非均匀介质对入射平面电磁波的规律,导出了非均匀介质层对电磁波无反射吸收的条件,探讨了吸波能力强,由导电板分隔的电介质层状变化结构,所得的研究成果为吸波体设计提供了一定的理论依据。     

非均匀介质吸波性能研究

研究了介电常数及磁导率变化的非均匀介质对入射平面电磁波的吸收;导出了非均匀介质层对电磁波无反射吸收的条件;探讨了吸波能力强、由导电板分隔的电介质层状优化结构．所得的研究成果为吸波体设计提供了一定的理论依据     

应用低频微波波段GPR测量土壤结构

结合在内蒙古包头地区和上海崇明岛地区的实验站点开展的实验工作,尝试性地提出了探地雷达用于刻画农田土壤剖面层位结构的方法.按照该方法在对探地雷达数据进行处理和分析之后,得到了沿测线的土壤结构细化剖面图,并与开挖剖面对比,结果吻合良好,表明采用探地雷达可以有效地探测土壤层位结构.     

基于探地雷达的水库坝基渗漏正演模拟

水库坝基渗水将带来溃堤的风险,造成水资源浪费及生命财产的损失,针对现有技术无法确定坝体渗水洞坐标的实际情况,提出采用探地雷达对坝体进行日常检测。利用时域有限差分法(FDTD)对在二维空间进行FDTD按照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了带有石灰岩干扰点的混凝土层干扰模型。利用MATLAB实现系统架构,并进行正演模拟。结果显示:探地雷达可以用于较深目标体探测,通过改变探地雷达电磁波中心频率,并对比50,100和200MHz三种频率雷达电磁波的检测频谱,又对带干扰模型进行了模拟,验证了100MHz频率雷达电磁波,用于复杂地形的检测效果更优。     

基于三角形剖分的复杂GPR模型有限元法正演模拟

针对基于矩形网格剖分的时域有限差分法(FDTD)和有限单元法(FEM),对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的模型适应性差的问题,从雷达波所满足的Maxwell方程出发,推导探地雷达(GPR)有限元波动方程,通过采用三角形网格剖分和线性插值基函数,在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,应用Galerkin有限单元法求解GPR波波动方程;同时为消除FEM进行GPR正演模拟时来自截断边界处的超强反射,采用透射边界条件把GPR波在截断边界处的反射波透射出去,进而压制来自截断边界处的反射波。然后,编制GPR有限元正演模拟的Matlab程序。应用该程序分别对起伏分界面、"V"字形2个复杂地电模型进行FEM正演模拟,得到基于三角形网格剖分的FEM正演模拟GPR剖面图,并把该正演模拟剖面图与常规的基于矩形剖分的FEM正演模拟剖面图进行对比,结果表明:基于三角形剖分的FEM对于复杂GPR模型的物性参数分界面拟合更好,其模拟所得的正演剖面与实际模型更相符,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译。     

介电参数数值实验在探地雷达试验检测中的应用

相对介电常数标定是探地雷达试验检测的重要内容,直接影响探地雷达的试验检测精度,常规的方法是采用取芯进行校正,从反射时间和芯样厚度来获取波速和近似的相对介电常数,常常忽略了介电参数中电导率对雷达波速的影响。为减少单一的取芯校正方法带来的误差,采用时域差分法,对不同电导率的钢筋混凝土介质的双介电参数进行数值实验,分别从数值模拟剖面、单道波信号、电场分量波场快照3个方面,讨论了钢筋混凝土介质的相对介电常数、电导率和波速三者之间的关系,并分别采用三次插值和双调和样条插值方法获得了双介电参数对雷达波速校正的相关关系。结果表明:双介电参数与雷达波速的相关关系呈分段曲面分布,应综合考虑电导率和相对介电常数来进行雷达波波速校正。     

拓宽路基不同沉降形态下沥青路面结构仿真

通过有限元仿真（ANSYS）,首先分析了不同高度路堤顶部沉降形态（选取填土高度分别为1.6和5.0m这2种实际工程）,然后计算出基于路基沉降形态的沥青路面受力情况,并与常用简化沉降形态下的情况进行对比.结果表明：a.实际沉降形态下低路堤顶部呈现＂勺＂形沉降,其路面结构除了在拼接处顶面（＂勺＂形曲线凸部）承受附加拉应力外,其新建路面部分的基层底部（＂勺＂形曲线凹部）存在较大反弯拉应力,底基层可能先于面层开裂;b.高路堤主要受面层顶面拼接处拉应力控制,其反弯拉应力不明显.简化沉降形态不能准确反映路面结构的破坏层和破坏点.     

应用GPR获取多孔介质水力参数研究进展

获取多孔介质水力参数，精细刻画野外含水层水力特征，描述含水层空间变异性，一直是水文地质学、土壤学、园艺学等研究的热点，传统的诸多方法或耗时费力，或数据量少，难以在不同尺度上监测含水介质特征的时空变化，由于探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)电磁波的传播速度主要决定于多孔介质的介电常数，而影响多孔介质介电常数的主要因素是其孔隙度和含水率，这为电磁波方法确定多孔介质含水率、孔隙度、渗透系数等创造了条件，GPR快速、便捷、无损、多尺度、数据量大，能够精细刻画含水介质水力参数的空间变异性，为此，简要介绍了GPR的工作原理、探测方式及其应用条件，探讨了GPR获取水力参数的物理机制，综述了GPR获取水文地质参数的研究进展。指出了尚未解决的问题，并对用GPR获取水文地质参数方法今后的发展进行了展望。     

地质雷达检测道路结构的理论及应用分析

探讨地质雷达在道路无损检测应用上的基本原理和雷达波传播速度计算的常规方法,进一步分析道路结构及其电磁波的反射特性,以及如何根据已知的雷达资料计算道路的各种结构参数,这对实际工作具有一定的指导意义．此外,针对地质雷达实际波形的复杂性,指出了常规反演方法满足不了当前道路无损检测的精度要求的缺陷,为此,提出了特定的处理方法——振幅补偿法,并在长益高速公路、长沙绕城路等路段得到应用．结果表明作者采用的方法是实际可行的,可满足目前道路工程无损检测的要求,该方法可在实践中加以推广应用．     

用探地雷达技术探测堤坝的隐患

探地雷达技术是根据电磁波在不同介质中传播特性不同的原理工作的,具有快捷、无损、连续测量和经济等优点,是目前病险库调查、坝体及截渗体隐患探测的良好手段。文章结合水库大坝隐患的探地雷达探测实例,介绍了用探地雷达技术探测涵洞形状及埋深、跌窝形态及发展趋势、截渗体形态及完整性的方法和成果,提出了土坝中电磁波波速的取值范围及选用天线的频率与探测深度、分辨率的相互关系,并揭示了土坝中不同隐患的雷达波特征。