基于FDTD的探地雷达大规模三维正演模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于FDTD的探地雷达大规模三维正演模拟方法，它通过网络进行各节点数据的交换，实现各节点通讯和同步；选择任一节点中的一个测点基于FDTD正演并行计算，首先计算电场值，电场计算完成后加入激励源计算磁场，通过通讯、电场计算、磁场计算不停的迭代，计算到设定的时间总步长后停止，保存输出的数据，该数据就是这个测点的雷达反射信号；对所有场值进行初始化更新，使得整个计算域恢复到计算开始前的状态，然后移动发射天线和接收天线的位置到下一个测点重新开始正演计算；若所有测点计算完成，把每个节点的数据汇集以进行成像和图像后处理。本发明能够适用于各种尺度复杂地电介质和模型的计算，具有通用性强的特点，特别适合于大尺度、高精度的正演模拟。

主权项

一种基于FDTD的探地雷达大规模三维正演模拟方法，其特征在于：它包括如下步骤，（1）采用基于消息传递的并行运算模式的MPL并行库，建立并行计算节点拓扑，确定节点通讯组的大小，将目标空间区域离散化，形成多个子区域，每个子区域对应一个节点，且在子区域上根据精度要求设置多个测点；（2）初始化MPL并行库，并根据正演需求设置计算域大小、网格精度、时间总步长、激励源参数、地电模型、地下介质模型、吸收边界参数，根据这些参数计算需要的时间步长、空间步长这两项中间数据，获得当前节点的ID，并在各节点分配内存空间并初始化；（3）通过网络进行各节点数据的交换，实现各节点通讯和同步；选择任一个测点基于FDTD正演对所有节点并行计算，首先计算电场值，电场计算完成后加入激励源计算磁场，通过通讯、电场计算、磁场计算不停的迭代，计算到设定的时间总步长后停止，保存输出的数据，该数据就是这个测点的雷达反射信号；（4）步骤（3）完成后，对包括电场和磁场以及天线激励源的所有场值进行初始化更新，使得整个计算域恢复到计算开始前的状态，然后移动发射天线和接收天线的位置到下一个测点重新开始正演计算；（5）若所有测点计算完成，把每个节点的数据汇集以进行成像和图像后处理；若测点未计算完成，重复进入步骤（3）（4）。