探地雷达有限元正演及介电参数反演

本书在介绍探地雷达基本原理的基础上，着重研究了有限单元法在探地雷达常规介质、特殊介质正演模拟中的应用以及探地雷达数据的反演解释技术。

王洪华，男，汉族，博士。1986年10月出生于江西省莲花县，现为桂林理工大学地球科学学院讲师。2015年毕业于中南大学，获地球探测与信息技术工学博士学位，攻博期间，于2013-2014年被选送日本东北大学做联合培养博士，主要从事探地雷达数值模拟及数据处理研究。博士学习期间，主持中南大学研究生科研创新项目1项，参加与探地雷达相关的国家自然科学基金3项。已发表学术论文10余篇，其中被SCI收录2篇，被EI收录4篇。
戴前伟，男，汉族，博士，教授，博士生导师。1968年7月出生于湖南省涟源市，1987-1991年就读于原中南工业大学地质系，获应用地球物理专业学士学位，1991-1997年硕博连读获中南工业大学应用地球物理专业博士学位，日本东北大学不错访问学者。1997年留任中南工业大学教学，2005年晋升教授，2006年被评为博士生导师。先后担任中南大学地球物理勘察新技术研究所副所长、所长、中南大学信息物理工程学院党委副书记。现为中南大学地球科学与信息物理学院党委书记、国务院学位委员会地质资源与地质工程学科评议组成员、《工程勘察》编委、湖南省地球物理学会副理事长、中国地球物理学会理事。主要从事电磁法勘探理论与应用、工程与环境地球物理的教学科研工作。近年来主持国家“863”计划课题l项，国家“十一五”科技支撑计划课题1项，国家自然科学基金项目1项，省部级课题5项，校企横向科研合作项目20多项，参与以上各类项目30多项。参与撰写专著3部，获省部级奖4项，发表学术论文90多篇，其中被El、SCI收录30余篇。

1绪论
1.1研究的目的和意义
1.2GPR正演模拟研究现状
1.3GPR反演研究现状
1.3.1地下介质电磁波速度分析方法研究现状
1.3.2GPR介电参数反演研究现状
1.4本书章节安排和主要研究工作
2常规介质的GPR有限元正演模拟
2.1电磁波传播的基本规律
2.1.1Maxwell方程组
2.1.2本构关系
2.1.3GPR波动方程
2.2GPR波动方程二维有限元求解
2.2.1伽辽金法推导GPR二维有限元方程
2.2.2中心差分法求解GPR二维有限元方程
2.2.3中心差分法的数值稳定性条件
2.3GPR有限元正演模拟中的UPML边界条件
2.3.1UPML边界条件
2.3.2UPML与传统吸收边界条件的吸收效果对比
2.4GPR二维有限元正演模拟实例
2.4.1起伏界面模型
2.4.2“V”字形模型
2.4.3三圆模型
2.4.4两层起伏地形模型
2.5GPR波动方程三维有限元求解
2.5.1伽辽金法推导GPR三维有限元方程
2.5.2GPR三维有限元正演模拟实例
2.6本章小结
3特殊介质的GPR有限元正演模拟
3.1频散介质的GPR有限元正演模拟
3.1.1频散介质模型
3.1.2频散介质中GPR波动方程
3.1.3频散介质的GPR有限元正演模拟算法
3.2频散介质的GPR有限元正演模拟实例
3.2.1均匀频散介质模型
3.2.2半非频散半频散介质模型
3.2.3两圆异常体频散介质模型
3.3随机介质模型
3.4随机介质的GPR有限元正演模拟实例
3.4.1半均质半随机介质模型
3.4.2含矩形异常体随机介质模型
3.5各向异性介质的GPR有限元正演模拟
3.5.1各向异性介质模型
3.5.2各向异性介质中GPR波动方程
3.5.3各向异性介质的GPR有限元正演模拟算法
3.6各向异性介质的GPR有限元正演模拟实例
3.6.1均匀各向异性介质模型
3.6.2半各向同性半各向异性介质模型
3.6.3矩形异常体各向异性介质模型
3.7圆形异常体在三种特殊介质中正演结果对比
3.8本章小结
4基于阵列天线观测的GPR数据CMP速度分析
4.1阵列天线观测方法原理
4.1.1阵列天线系统
4.1.2阵列天线系统的CMP数据提取方法
4.2CMP速度分析方法
4.2.1CMP测量原理
4.2.2CMP数据处理
4.2.3CMP速度谱计算
4.2.4CMP速度分析方法的正确性和可行性验证
4.3特殊介质正演数据的CMP速度分析
4.3.1频散介质
4.3.2随机介质
4.3.3各向异性介质
4.4阵列天线观测数据的CMP速度分析
4.4.1沙层阵列天线观测及CMP速度分析
4.4.2海啸层阵列天线观测及CMP速度分析
4.5本章小结
5GPR阻尼最小二乘法全波形反演
5.1GPR阻尼最小二乘法全波形反演算法
5.1.1反演方程组的推导
5.1.2差分法雅克比矩阵的求解
5.1.3奇异值分解法求解反演方程组
5.2正演数据的GPR全波形反演
5.2.1两层介质模型
5.2.2倾斜界面模型
5.3实测数据的GPR全波形反演
5.3.1实测GPR数据的采集及CMP速度分析
5.3.2GPR实测数据的全波形反演
5.4本章小结
6总结
6.1主要研究成果及创新点
6.2不足之处及今后的研究工作
参考文献