基于MATLAB的探地雷达堤坝隐患探测仿真研究

刘世奇,李 钰

（1.湖南省水利厅，湖南 长沙 410001；2.华东理工大学信息学院，上海 200237）

0 前 言

堤坝隐患一直是水利建设中的大事，探地雷达是堤坝隐患检测中一种十分重要的方法。对探地雷达电磁波的传播过程进行计算机仿真有利于水利工程师更好地使用探地雷达进行堤坝的隐患排查。目前电磁波探测的技术原理有很多种，如Goodman和Mcchan等人于1995年提出的基于射线的方法,Zeng等人[1]提出的基于频域的方法以及Casper等人提出的伪谱方法。但是，这些方法都有一定的局限性，只有在各自特定的条件下才能取得比较好的性能。目前为止，有限差分法（FDTD）在电磁波媒质传播的模拟中应用得最为广泛[2]，效果也比较好，并且适合任意复杂媒质中波的传播。本文在Matlab软件中通过建立隐患的理论模型，利用FDTD方法来进行仿真，得出了电磁波在到达隐患表面时的一些传输特征，对实际堤坝检测中及时发现隐患具有重要的理论指导意义。

1 探地雷达计算机仿真的理论基础

探地雷达的数值模拟可以从两个麦克斯韦旋度方程开始[3，4]：

由于仿真空间不可能是无限的，所以在本程序中采用了卷积PML吸收边界条件来抑制边界区域波的反射。在这一边界条件下，计算过程中就可以将有效边界区域和吸收边界区域分离开来考虑，对程序的编制比较方便。同时，诸多研究也表明基于卷积PML的吸收边界方法具有很好的性能，吸收边界层的网格可以比较少，对计算复杂性也带来很多好处。……