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量子逆散射方法概述及解释说明1. 引言1.1 概述量子逆散射方法是一种基于量子力学原理的新兴技术，它在信息科学、通信和密码学领域引起了广泛的关注。
与传统的散射问题不同，量子逆散射方法可以实现在测量结果给定的情况下，还原出入射光场信息。
这一方法旨在通过利用量子纠缠和量子叠加态等特性，实现对散射光的精确控制和逆向重构。
1.2 文章结构本文将分为五个部分来论述量子逆散射方法。
首先，引言部分将概述该方法的背景和意义，并介绍文章的结构。
接着，在正文部分将详细讨论相关概念和理论基础。
第三部分将重点介绍量子逆散射方法的定义、原理以及其在不同应用领域中的运用。
随后，在解释说明部分将详细阐述实现量子逆散射所需的步骤、关键技术要点，并针对一些成功案例进行深入分析。
最后，在结论部分对本文进行总结，并展望未来发展该方法所面临的挑战。
1.3 目的本文的主要目的是对量子逆散射方法进行概述和解释说明，旨在帮助读者全面了解该方法的基本原理、应用领域、优势与局限性，并对其实际操作步骤及技术要点有所掌握。
同时，通过分析成功案例，可以突出该方法在实践中的价值和挑战。
最终, 本文将为读者提供一个深入了解量子逆散射方法并评估其应用前景的综合参考资料。
2. 正文正文部分将重点介绍量子逆散射方法。
首先，我们将阐述该方法的定义和原理，然后介绍其广泛应用的领域。
接下来，我们探讨该方法的优势和局限性。
量子逆散射方法是一种基于量子力学原理的散射问题求解方法。
它利用传统经典物理中无法解决的难题，在不破坏量子态的前提下，通过对出射波进行精确测量和分析，揭示出入射波与目标物体之间的相互作用信息。
这种方法在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以帮助研究人员了解材料表面及界面结构、电荷转移过程等微观信息。
在生物医学领域，它被用于研究生物分子结构、蛋白质折叠以及药物与细胞之间的相互作用机制。
此外，在量子计算和密码学中也可以应用量子逆散射方法来实现高效的信息处理和安全通信。
可控源音频大地电磁测深在地热资源中的应用可控源音频大地电磁测深在地热资源中的应用引言多年实践表明,地热资源是一种十分宝贵的综合性矿产资源,其功能多,用途广。
地热资源的综合开发利用,在社会、经济和环境效益均很显著,在发展国民经济中已显示出越来越重要的作用。
一般来说地热资源埋藏深,开采风险大。
为了减少开采风险,提高效率,开发地热资源必须进行地质调查,地球物理勘查是地热资源勘查的重要方法之一。
随着地热资源开发的难度越来越大,深度也越来越深,这就要求我们寻找更有效方法。
我们通过CSAMT法在某地的深部地热勘查中取得较好的地质效果。
1 方法简介CSAMT法是上世纪八十年代兴起的一种物探方法。
该方法根据电磁感应的趋肤效应,高频的电磁场穿透深度浅、低频电磁穿透深度深的原因,随着频率的改变,探测深度也随之改变[1]。
从电磁波的趋肤效应理论分析可得到趋肤深度公式：H≈356■（1）式中：H为探测深度,？籽为电阻率,f为频率。
2 技术措施CSAMT法具有信噪比高,观测信号强,设备较为轻便,生产效率高等优点。
这符合我们进行地热勘查的要求。
本次工作所使用的V8型接收机系统出队前经过了认真检查,符合有关规定,均可在野外施工使用。
在野外数据采集前与外业工作结束后均按技术要求对设备进行了标定。
经检查,标定的相位谱和电阻率谱曲线规则、光滑,符合《CSAMT法技术规定》要求。
①供电系统：电源为30kega;,个别点位因地表条件较差,接地电阻在4000Ω左右,采集频率同发射频率。
主要采集技术参数为：每测点按设计工作频率表依次扫频观测,每个频率叠加次数按采集时间满足1分钟或叠加60次。
自动记录、存储。
③同步系统：发射与接收采用GPS卫星时间同步,精度为0.1ns。
④观测方式：CSAMT采用赤道偶极排列。
3 实例分析该工区平行布置了4条剖面,各剖面异常形态与电性结构具相似性。
4条剖面较好地反映了不同地电特征的岩性界面。
第四章 静态效应4.1 静态效应的物理原因和特点在频率域电磁测深中，静态效应是较为麻烦的问题。
这种效应总是与二维或三维构造相关的。
一般，它主要是由于近地表的电性横向不均匀性或地形起伏引起的，并且可能在某种程度上影响所有的电场测量。
这些非均匀体表面上的电荷分布可能使电场数据向上或向下移动一个数值，这个数值与频率无关。
因此视电阻率曲线也发生移动，但相位曲线不受影响。
如果视电阻率曲线向上或向下移动一个数值，并仍保持平行，但相位曲线仍保持重合，则定义为静态位移。
静态效应的强度可达两个数量级，在推断深度时会引起大的误差，并使构造的解释复杂化。
在不均匀体的界面上，所有穿过边界的场和位都是连续的，只有电感应强度的法向分量不连续：s n n q D D =-21 (4.1.1)此处q s 为物体表面的面电荷密度。
利用D =εE ，将(4.1.1)改写为：εs n n q E E =-21 (4.1.2) 由欧姆定律的微分形式：E J σ=及电流连续性方程，并假定频率依从关系为e -i ωt ，在交流情况下，(4.1.2)式可写为：()()201012n n E i E i ωεσωεσ-=- (4.1.3) 由(4.1.2)和(4.1.3)可得：ωεσσσε011202i E q n s --= (4.1.4) 在准静态极限下(ωεσ0>>)，则有：11202σσσε-=n s E q (4.1.5) 这个表面电荷密度是很小的，然而它对电场的作用却不可忽略，它是所谓静态位移的物理原因。
正如Ward 和Hohmann(1987)的表达式所所示：⎰-=-∇=ds r q V V s04πεE (4.1.6)式中ds 为分布有电荷的表面上的面积微元。
当趋肤深度比不均匀体的尺寸大许多时，便可察觉到这种表面电荷的影响。
这表明，在地表或地表附近小的二维或三维不均匀体可能对整个电场测量都有影响。
当然，较深的物体也能引起静态位移，但地表附近的不均匀性是最麻烦的。
![基于神经网络解决电磁逆散射问题的两步无相位成像法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/7ae8405ba88271fe910ef12d2af90242a995ab47.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010471726.9(22)申请日 2020.05.28(71)申请人 杭州电子科技大学地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人 吴亮 徐魁文 马振超 张璐 (74)专利代理机构 杭州浙科专利事务所(普通合伙) 33213代理人 孙孟辉(51)Int.Cl.G01B 7/00(2006.01)G01S 13/89(2006.01)G01R 29/08(2006.01)G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01)(54)发明名称基于神经网络解决电磁逆散射问题的两步无相位成像法(57)摘要本发明公开了一种基于神经网络解决电磁逆散射问题的两步无相位成像法。
在电磁逆散射成像领域，全波数据反演算法需要用到全波数据，然而全波数据的实际测量相当困难；无相位反演算法仅需要使用无相位总场数据，无相位总场数据的实际测量要容易很多，但是无相位反演算法具有更高的非线性度，计算较为困难。
本发明正是针对全波数据反演算法和无相位反演算法的优缺点而产生的，结合CNN，先对无相位数据进行相位恢复，然后再结合全波数据反演算法重建图像。
权利要求书3页 说明书6页 附图4页CN 111609787 A 2020.09.01C N 111609787A1.一种基于神经网络解决电磁逆散射问题的两步无相位成像法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、无相位数据处理阶段，将无相位总场数据恢复为散射场数据；步骤二、图像反演阶段，重建出未知散射体的图像。
2.如权利要求1所述的基于神经网络解决电磁逆散射问题的两步无相位成像法，其特征在于：步骤一中无相位总场数据通过如下方式得到：假定某未知物体存在于自由空间背景下的目标区域D,内，假定该目标区域被剖分后的网格总数为N，每一个网格的位置为r n，n＝1,2,3...,N；而在该区域外侧，安装有发射天线和接收天线，发射天线位置表示为r p,p＝1,2,…,N i，接收天线位置表示为r q,q＝1, 2,…,N r，可获得N i×N r个散射场数据；设散射体由非磁性且各向同性的非均匀媒质组成，应用散射场E sca(r q)求解目标区域D内的介电常数分布ε(r n)：由Lippmann-Schwinger电场积分方程，得到总场积分方程：其中E inc(r)表示位于区域内部r处的入射场；χ(r)＝(ε(r)-ε0)/ε0为区域内的对比度函数；k0表示自由空间中的波矢；格林函数表示一个位于空间r′处的点源对其周围空间某点r所产生的场，表示零阶第一类汉克尔函数；散射场积分方程：其中E s c a(r q)表示位于r q处的接收天线接收到的散射场的信息，对比源为对比度和总场的乘积，定义为：I(r)＝χ(r)E tot(r) (3)将公式(1)-(3)离散化：其中⊙表示对应元素相乘，格林函数为离散后的格林函数G(r q,r')的积分算子，为离散后的格林函数G(r n,r')的积分算子；把公式(6)计算出来的感应电流代入到公式(5)中，计算得出所需的散射场数据；公式如下：其中代表单位矩阵；无相位总场的定义如下：其中表示在无未知散射体时，接收天线接收到的场信息。
高频矩形波激励下磁芯损耗的研究周岩【摘要】The variation tendency of magnetic core loss under different duty cycles is studied for high-frequency transformer. With same frequency and flux swings,the excitation current waveform change caused by duty cycle variation has little effect on the area encircled by the hysteresis curve and the hysteresis loss is taken as a constant. The relationship between eddy current loss and excitation voltage is approximately linear, based on which, a method for computing the eddy current loss under different duty cycles is presented. The theoretical calculation shows that,when the duty cycle varies between 0.283 and 0.717,the core loss excited by rectangle waveform is smaller than that excited by sinusoidal waveform;the magnetic core loss is minimal when the duty cycle is 0.5. Experimental data prove the correctness of theoretical analysis.%研究了高频变压器在不同占空比条件下磁芯损耗的变化趋势.在相同频率和磁通密度变化量条件下,占空比所引起的激励波形差异对磁滞回线包围面积的影响很小,磁滞损耗可近似认为是常量.涡流损耗与激励电压之间存在着近似线性等效关系,在此基础上提出了涡流损耗在不同占空比条件下的计算方法.理论计算表明:当占空比在0.283＜D＜0.717区间变化时,矩形波激励条件下的磁芯损耗小于正弦波激励条件下的磁芯损耗;当占空比D=0.5时磁芯损耗最低.实验数据验证了所提理论的正确性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2013(033)001【总页数】5页(P91-95)【关键词】变压器;涡流损耗;磁滞损耗;占空比;磁芯【作者】周岩【作者单位】南京邮电大学自动化学院,江苏南京210046【正文语种】中文【中图分类】TM120 引言随着对开关变换器功率密度的要求不断提高，通常需要提升开关频率来降低开关变换器储能器件的体积［1-3］。
e川丈普毕业论文（设计）题目_________________________________________ 学院____________________ 学院 ________________ 专业_________________________________________ 学生姓名______________________________________ 学号______________________ 年级 _________ 级指导教师______________________________________一教务处制表一二◦一五年九月•二十日、论文说明本团队专注于原创毕业论文写作与辅导服务，擅长案例分析、编程仿真、图表绘制、理论分析等，论文写作300起，所有定制的文档均享受免费论文修改服务，具体价格信息联系二応⑺，同时也提供对应的论文答辩辅导。
二、论文参考题目复合材料内部缺陷的微波检测技术研究基于热裂法的微波切割玻璃关键技术研究微波干燥关键技术研究半导体器件的高功率微波毁伤阈值实验技术研究微波热致大米淀粉自由基的生成及稳定性研究MgAI_2O_4基复合陶瓷材料的微波烧结制备研究微波加热系统设计及谐振腔内电磁场分布研究微波加热技术在稠油开采中的应用研究射频元件仿真分析软件校正法的研究单模微波烧结腔内电磁场分布规律及其影响因素的HFSS仿真研究微波技术降解多氯联苯的研究MMIC衰减器的设计与研究微波加热过程中食品物料介电特性检测研究基于波概念迭代法的微波多层电路研究微波真空浓缩设备的设计及其在酶溶液与食品浓缩中的应用研究微波加热CaO-SiO_2体系材料的数值模拟研究动态扫频谐振腔微扰法测量介电常数及磁导率微波成像技术及其不精确牛顿算法的研究基于微波谐振特性及DSP技术的葡萄糖浓度检测系统的研究与实现微波光子接收中的光耦合技术研究电磁场下的热力学及其应用研究工业微波炉腔体电磁场仿真与优化高功率微波作用下的计算机系统失效机理研究遗传算法在微波无源电路参数优化中的应用研究微波无损检测成像系统设计及改进研究电缆半导电屏蔽层微波辅助加热交联技术研究X波段宽带测频相关器技术研究WR-15(50GHz-75GH)z 微波功率国家基准测量技术研究微波无损检测系统接收技术研究基于微波谐振腔技术的水分仪设计利用蛙跳技术计算微波化学中的温度变化悬置线带通滤波器和频分器的设计与研制纯水中PET的微波解聚研究钢筋混凝土结构微波成像的有限元算法研究微波诱导热解电子废弃物过程中金属放电热效应研究三毫米波瞬时测频研究基于HFSS勺微波烧结腔场分布的仿真研究微波强化破乳系统设计及实验研究湿式微波杀菌技术及杀菌装置技术研究多功能微波化学装置的设计与实现微波谐振腔测量蒸汽湿度关键问题研究复变函数在解决电磁场问题中的应用强流皮尔斯电子枪电子束聚焦系统模拟设计研究前列腺增生微波热疗法的数值研究材料微波加热的计算机模拟仿真研究基于电磁热耦合理论的5.8GHz微波道路除冰温度场仿真研究沥青路面就地热再生机组加热装置的研究基于LabVIEW的介质复介电常数无损自动测试研究800MHZ同轴腔体双工器的研制小型化氢原子钟磁控管谐振腔的技术研究辐射电磁干扰对微波有源电路影响的研究生物体电磁特性微波测量的仿真研究基于微带环缝谐振器（MSR）R 的小功率微波微等离子体的研究同轴式圆波导TM_（01）-TE_（11）模式变换器的研究FFT技术在微波电路与电磁散射分析中的应用微波对油水乳状液作用规律的数学模型研究盐辅助稠油微波脱水机理研究“敏化剂”辅助微波处理油田污水的实验研究微波场对用于红蓝光LED笼状荧光球的形貌演变和能量传递规律的影响新型宽带多端口环行器的建模、仿真与试制研究应用于微波管的双开槽叶片加载慢波结构的研究工程陶瓷微波辅助塑性加工的研究基于FDTD法的特种脊波导的传输特性研究同轴型微波介质滤波器研究共面波导激励电磁场对舵面的直接力控制数值仿真研究皮尔斯电子枪的PIC 模拟THz准光回旋放大器输入系统研究微波冷冻干燥放电击穿研究各向异性媒质的时域有限差分分析UW近场环境下乳腺肿瘤的成像方法研究液相微波等离子体的发生方法及水处理特性微波加热沥青路面热再生养护机温度控制系统设计及实验研究基于ANSYS勺普洱茶微波干燥过程温度场的数值分析基于微波干燥生物材料的传热传质机理研究弹道靶微波测量系统的闭式谐振腔研究设计铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究应用于微波管的微带型曲折线慢波结构的理论研究热疗系统中射频功率放大器和天线的设计RF MEMS微波功率传感器的设计与分析微波混频器的时域谱元分析微波铁氧体器件的非互易性和非线性问题研究共面波导与微带线无通孔转接头结构的研究与设计高功率微波器件及热效应分析软件设计双频螺旋腔带通滤波器研究静电驱动MEM微波开关设计与仿真2〜6GHz超宽带同轴环行器建模、仿真及研制电磁场积分方程的快速直接解法隔片极化器设计及冲击脉冲雷达目标探测技术研究宽带数控延时线芯片的研制MPMB增益均衡器研究调控电磁波基于微波检测的混凝土结构仿真及反演研究小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究基于磁耦合的矩形波导—微带过渡电路研究及应用铁氧体薄膜移相器的设计毫米波辐照下动物体表温度研究椭球谐振腔微波等离子体系统的研究高功率微波器件冷腔物理特性的数值模拟使用HFSS-MATLAB-AF 设计天线的研究微波无损检测原理及逆散射成像算法的研究纳米金属光天线远场特性的研究2.45GHz LTCC平衡带通滤波器的设计小型化超宽带接收组件的研究FDTD算法的局域网并行研究基于终端开路同轴反射法的高频段生物组织介电特性测量探索感应式无线充电技术的研究基于空间域迭代法的微波成像算法研究微波管输入输出窗及任意结构腔体有限元理论与CAD技术基于改进FDTD的共面波导电磁特性计算及测试方法研究微波聚焦技术及其热裂法切削实验研究用于微型铷原子频标中 6.835GHz 微波器件的研究蓝宝石回音壁模温度计的探索研究基于微波谐振腔的纸张含水量在线测量技术研究微波介质材料电磁特性参数测量的研究磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的仿真和实验研究基于CST的舰船RCS勺研究FPcA-I 型太赫兹时域光谱系统仪器化研究谐振耦合式电能无线传输系统研究沥青路面微波加热快速维修技术和设备的研究PLC在广播电视设备分布式微机监控系统中的应用N-[ （n-丁氧酰基）乙基]马来酰亚胺微乳液的微波聚合和热聚合的研究与表征基于超高频法的敞开式变电站局部放电信号监测的研究吸收边界条件的研究及其在电磁散射中的应用几种晶体材料的太赫兹波电光特性研究频率选择表面仿真设计与优化粗糙表面散射的数值计算微波在线密度检测技术的研究及应用电磁场数值计算中的内插和外推X波段过模波导高功率微波脉冲压缩技术研究基于SiP 技术的微波无源电路研究谐振腔法测量材料介电常数的研究微波宽带功率合成技术研究基于LTCC技术的微波滤波器设计与研究LTCC微波组件集成技术研究旋转机械故障诊断系统的电磁耦合谐振无线供电研究X波段四端环行器仿真设计与研究高频连接器性能分析基于LTCC技术的微波毫米波滤波器与L波段收发前端C波段驻波加速管的物理设计与实验研究电磁场中光子与弱耦合粒子的转化微分截面微波法处理生活污水的实验研究基于Mathematic 的电磁场计算与可视化X、Ku Ka频段微带倍频器研制活性炭吸附——微波解吸回收淡酒液中酒精的试验研究光子微波接收技术研究微波铁氧体材料电磁参数测量研究微波处理聚合物驱油田采出水的实验研究基于模糊控制方法的子宫内膜热疗仪温度控制系统微波固相法快速合成稀土卤化物大黄鱼微波热穿透工艺研究、品质分析及货架期预测。
一种用于电磁逆散射问题的正则化方法
熊小芸;赵延文;聂在平
【期刊名称】《自然科学进展》
【年(卷),期】2006(016)010
【摘要】在对逆散射问题的测量数据方程进行归一化的基础上,提出了一种新的正则化矩阵.这一新的正则化方法可以消除场源点离目标区域距离不同所造成的不利因素,并可以减少正则化过程所导致的有用信息丢失和改善病态问题的条件数.将该正则化过程与变形Born迭代法(DBIM)结合,对轴对称二维非均匀介质分布进行了反演.数值计算结果表明,所提出的正则化过程比传统方法具有更好的稳定性、更快的收敛速度、更为精确的反演结果以及更强的分辨能力.
【总页数】6页(P1304-1309)
【作者】熊小芸;赵延文;聂在平
【作者单位】国家自然科学基金委员会信息科学部,北京,100085;电子科技大学电子工程学院,成都,610054;电子科技大学电子工程学院,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】O4
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1.超声逆散射成像问题中的正则化方法研究 [J], 刘超;刁现芬;汪元美
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3.电磁逆散射成像的一种混合正则化方法 [J], 周定法
4.电磁逆散射成像的一种混合正则化方法 [J], 周定法
5.解洞穴逆散射问题的一种正则化Newton方法 [J], 冯立新;马富明
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高频算法在电磁散射计算中的应用的开题报告一、选题背景及意义：电磁散射计算是电磁学领域中的一项重要研究课题，它在计算电磁信号在不同的场景下经过散射后的特性，为遥感、雷达、微波通信、无线电频谱分析等领域的工程应用提供了关键的支持。
电磁散射计算涉及到复杂的数学公式和大量的计算，因此如何提高计算效率和准确度成为了研究的重要方向。
传统的电磁散射计算方法，如边界积分方程法和有限元法等，需要进行复杂的矩阵求解，计算量大，时间复杂度高。
随着科学技术的飞速发展，高频算法作为一个新兴的计算方法，其高效性、精确性和简便性受到了广泛的关注和研究。
高频算法利用电磁波的高频特性，将全空间分成远场部分和近场部分，充分利用远场部分的快速衰减性质，将散射问题简化为基于近场信息的局部问题，从而降低了计算量和时间复杂度。
因此，本文将研究高频算法在电磁散射计算中的应用，探究其在提高计算效率和准确度方面的优势和不足，并结合实例验证高频算法在电磁散射计算中的应用效果，以期为电磁学领域的工程应用提供可靠的计算支持。
二、研究内容和方法：本文将围绕高频算法在电磁散射计算中的应用展开研究，包括以下内容：1. 高频算法的基本原理和理论基础：介绍高频算法的基本概念和数学理论，如干涉积分、波场分解、多极子展开等。
2. 高频算法在电磁散射计算中的应用：探究高频算法在边界积分方程法和有限元法中的应用，并比较其计算效率和准确度优劣。
3. 实例分析：选取具有实际应用价值的散射问题，用高频算法进行计算，并与传统算法进行比较分析。
研究方法主要包括文献调研、理论分析、算法编程和实验验证等。
三、预期成果：本文预期能够深入研究高频算法在电磁散射计算中的应用，探究其在提高计算效率和准确度方面的优势和不足，并通过实例分析验证高频算法在电磁散射计算中的应用效果。
最终的成果将具有理论价值和实际应用价值，对电磁散射计算领域的发展和工程应用具有积极的推动作用。
逆散射问题的逆时偏移方法黄光辉摘要本论文主要研究了时谐声波,电磁波和弹性波逆散射问题的逆时偏移成像方法及其理论分析.其主要包括如下两部分内容:第一部分分别研究了时谐声波,电磁波和弹性波在自由空间中的逆散射问题;第二部分研究了平行平板声波波导中的逆散射问题.逆散射问题在地球物理勘探,雷达成像,无损检测和医学成像等诸多领域中有着广泛应用.第一部分具体包括以下三个工作:1.针对时谐声波逆散射问题,提出了单频声波逆时偏移方法(RTM)来对不同类型的不可穿透障碍物和可穿透障碍物进行成像.对于Lipstchitz区域的障碍物,在不需要高频渐近和Born弱散射近似的假设条件下,对RTM成像结果的分辨率给出了严格的数学理论.大量的数值算例验证了该理论的合理性以及算法强大的成像能力.2.针对时谐电磁场逆散射问题,基于电磁波三分量均可以认为是声波在缓变介质中独立传播的物理事实,提出了单频电磁波逆时偏移方法来对障碍物进行成像.该方法只需要采用单个极化方向并且只需要求解一次Maxwell方程,从而提高了电磁波成像的效率.与声波逆时偏移方法一样,在不需要高频渐近和Born近似的条件下,建立了严格的数学理论来刻画电磁波RTM成像结果的分辨率.二维和三维数值算例验证了该理论的正确性以及快速三维电磁波成像能力.3.针对时谐弹性波逆散射问题,由于纵波与横波两个不同传播速度的波场同时传播,提出了单频加权弹性波逆时偏移方法来对障碍物进行成像.同样地,给出了严格的数学理论来刻画弹性波RTM成像结果的合理性.数值算例验证了理论的正确性和算法的有效性.第二部分主要集中研究平行平板声波波导逆散射问题.声波波导逆散射问题在海洋声学成像,无损检测等领域有着重要应用.在散射体满足阻抗边界的条件下,基于极限吸收原理,建立了平板声波波导正散射问题的适定性.针对声波波导逆散射问题,提出了采用半空间Green函数进行反传播和互相关的波导逆时偏移方法(WRTM),并给出了与自由空间一样的成像分辨率的理论结果.在实际应用中,成像孔径的选取是至关重要的,本文给出了孔径选取的最佳标准.同时证明了在声波波导情形下,上下界面造成的多次反射波对WRTM成像结果影响的误差估计.数值算例表明波导逆时偏移方法的有效性.。
第21卷 第3期2007年9月现 代 地 质GE OS C I E NCEVol 121 No 13Sep 12007利用慢衰减高频电磁波的逆散射进行电磁法测深的可行性理论研究张 锐1,2,魏文博1,2(11中国地质大学地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室,北京 100083;21中国地质大学地球物理与信息技术学院,北京 100083) 收稿日期:20060224;改回日期:20070716;责任编辑:潘令枝。
作者简介:张 锐,男,讲师,博士研究生,1977年出生,地球探测与信息技术专业,主要从事电磁场在地质体中的传播理论研究。
Email:zhangrui2000@hot m ail 1com 。
摘要:常规电磁法测深一般是利用低频电磁波来进行探测,分辨率很低,无法满足测深要求。
慢衰减电磁波是一种利用特殊函数作为波源来实现的高频电磁波,它除了具有衰减慢的特点外,还具有波束窄、能量集中的特点,在军事和通信领域已经得到了广泛的应用。
慢衰减电磁波的衰减比一般电磁波慢,可以实现较大的探测深度;由于它的频率高,可以实现较高的分辨率。
因此,可以利用它来进行地球物理探测。
着重论述了利用慢衰减电磁波的入射波和散射波的振幅关系,以及电磁波的走时关系反演地下介质参数的基本原理及方法,同时,针对火成岩、变质岩和沉积岩,通过正演理论计算,说明了慢衰减电磁波测深的可行性。
关键词:特殊函数;慢衰减;电磁波中图分类号:P63113 文献标识码:A 文章编号:1000-8527(2007)03-0564-06Study on Feasi bility of Usi n g Backscatter i n g of Slowly Decayi n g Hi gh 2frequencyElectro magneti c W ave i n Electromagneti c M ethodZ HANG Rui 1,2,W E IW en 2bo1,2(11Geo 2detection L aboratory of M inistry of Education,China U niversity of Geosciences,B eijing 100083,China;21School of Geophysics and Infor m ation Technology,China U niversity of Geosciences,B eijing 100083,China )Abstract:Nor mal electr omagnetic method usually uses l ow 2frequency t o exp l ore,which has less res olving power t o meet request .Sl o wly decaying wave is a kind of electr omagnetic waves which use s pecial functi on as their s ources .They not only have the quality of sl ow decay,but als o narr ow bea m and focused energy,which are widely used in m ilitary and communicati on .For these qualities,when they are used in geophysical exp l orati on,the dep th and res oluti on of investigati on can be i m p r oved .This paper particularly f ocuses on the theory and i m p le 2mentati on of ho w t o inverse undergr ound structure by comparing incident wave and scattering wave,and recording the s pare ti m e of the waves,and f or ward calculati ons for igneous,meta mor phic and sedi m entary r ocks are carried out t o verify the feasibility .Key words:s pecial functi on;sl owly decaying;electr omagnetic wave0 引 言电磁波在地下有耗介质中传播时振幅的衰减与其频率、介质电阻率以及传播距离有关,在同种导电介质中电磁波频率越高,其能量损耗越大,振幅随传播距离的衰减也越快。
因此,对于常规的电磁探测方法,加大探测深度,则必需降低采集信号的频率[1];而降低频率,势必降低对探测目标体的分辨率。
显然,按照正常的电磁谐波传播理论,根据感应类电磁法的工作原理,很难创建既有大探测深度,又有高分辨率的电磁探测新技术。
我国正面临着资源匮乏的严峻形势,一些埋藏深度浅、矿床条件简单、找矿环境好、容易寻找的矿产,大多数早已发现;因此,迫切需要寻找新的矿产后备基地。
这又急需解决复杂景观区和深部找矿问题,研究并发展轻便、大探测深度、高分辨率的电磁探测技术。
为了实现这一目标,我们需要利用新的电磁波传播理论,从方法原理上创新才可能突破这一技术难题。
本文将介绍一种慢衰减电磁波,它具有波束窄、能量集中的优点;在同一种导电介质中传播时,衰减速度比常规的简谐电磁波慢。
因此,波的传播距离比谐波远,能达到的探测深度也大。
又由于它的频率相对高,所以分辨率也比一般电磁波高。
但如何利用这种特殊的电磁波进行地下探测?这一直为人们所关注。
本文也将就此在理论上做一些探讨。
1 导电介质中电磁谐波的衰减特性常规的电磁测深方法是以简谐电磁波作为场源,利用地壳中不同岩石和矿石之间的导电性与导磁性差异对场源的响应特征,寻找地下良导矿体或解决其他地质问题。
该方法理论的核心是建立在地下有耗介质中电磁波场的传播理论上。
任何电磁波场的传播问题,都是通过在一定边界条件下解麦克斯韦方程组而得以解决的。
因而,对于简谐电磁波场,由麦克斯韦方程组得到电场所满足的方程如下:Δ2E+k2E=0(1)k=ω2εμ-iωσμ(2)其中:ω为角频率,ε是介电常数,μ是磁导率,σ是电导率,k为传播系数。
为了简单起见,假设电磁波场为沿z轴垂直入射的平面波场,地面水平且地下介质为均匀各向同性,在笛卡儿坐标系中,则(1)式可简化为9E x9z2+k2E x=0(3)考虑到当距离z趋于无穷远的时候,Ex有趋于0的极限条件,所以得(3)式的解形如下E x(z,t)=E xe i kz e i w t(4)由于传播系数k为复数,即k=a+i b,将其代入(2)式中,可以得方程组a2-b2=ω2εμ2ab=-ωσμ(5)解方程组(5),得a=ωεμ121+σωε2+1b=ωεμ121+σωε2-1(6)将(6)式代入(4)式得[9-10]E x(z,t)=E xe-bz e i(ωt+az)(7) 对于传统的电磁测深方法,工作频率较低,一般为10-3～103Hz,满足条件σωεµ1,即以传导电流为主,位移电流往往被忽略。
因而,b可以近似为ωσμ2。
但是,当均匀圆盘电流产生的瞬态电磁波处于高频条件下[8],即σωεν1,则b≈σ2με。
这时电场的衰减规律满足下式E x(z,t)=E xe i(ωt+az)e-bz z-1(8)即E x(z,t)∝z-1e-σ2με・z(9) 2 慢衰减电磁波的性质自从1983年布雷汀汉姆提出聚焦波模以来,慢衰减电磁波开始受到广泛关注[2-7],它的存在已经得到实验的证明。
但由于其理论还不够完善,实现的工艺难度大,成本高,导致其发展还局限于科学研究领域,尚未推广使用。
简单地说,这种慢衰减电磁波是在均匀、线性和非色散媒质中,一个有限尺寸的源分布受瞬态激励,沿一定方向所辐射的电磁波。
实际上,慢衰减电磁波是以某种特殊函数作为波源函数产生的电磁波,它是Max well方程组的瞬态解。
这种波的存在已在实验中得到了证实。
本文主要阐述的将是如何利用其慢衰减特性进行地下探测的问题,所以首先简要介绍慢衰减电磁波的特性。
以最简单的均匀圆盘电流辐射为例,如图1所示,f(t)是电流密度随时间变化的函数,所以圆盘上的电流分布函数为Jt(r′,t),δ(z)为冲激函数,r为目标点到圆盘的距离,沿柱坐标系(ρ,θ, z)展开,圆盘的半径为ρ0。
均匀圆盘电流密度的分布如下: Jt(r′,t)=f(t)δ(z′),r′≤ρ00,r′>ρ0(10)则其对应的傅立叶变换为Jω=δ(z′)F(ω);在远565 第3期张 锐等:利用慢衰减高频电磁波的逆散射进行电磁法测深的可行性理论研究图1 均匀圆盘产生的慢衰减电磁波Fig 11 Sl owlydecaying wave fr om circular disk区,可以近似认为(ρ20+z 2)12≈z +ρ22z (z µρ0)(11)电场的分布规律可用下式表示:E (r ,ω)=12ηF (ω)e -i kz (e -i kρ202z -1)(12)式中,η=με,为波阻抗。
慢衰减电磁波的所有特性都是来源于它的波源函数的特殊性,即F (ω)函数表达式,当F (ω)满足下式:F (ω)=2Γ(1+u )πΓ(u )12(1+ω2)-(1+2u )4(0<u <1)(13)其中u 是Γ函数的自变量,所以0<u <1。
可得电场E 在(0,0,z )的大小为E (0,0,z )=(12μεe -ρ20b 4z Γ(1-u )Γ(1+u )ρ2042e -σεμ・z )12(14)得其近似衰减规律为E (0,0,z )∝z -ue-σ2με・z(15)由于0<u <1,所以由此电磁波源发出的电磁波的衰减速度应比常规的简谐电磁波的衰减速度慢。
由此可以看出,这类电磁波在有耗介质中传播时具有如下特性:(1)电场和磁场衰减的速度正比于z -ue σ2;(2)电磁波是束状准平面波,电流分布口径越大,波束越宽;(3)电磁波波束宽度与波形参数u 有关,u 越小波束越窄;(4)与通常使用的发射天线相比,该电磁波不存在常规天线的副瓣。
这里所讨论的慢衰减电磁波是高频电磁波,它的探测深度显然无法达到常规电磁波测深的探测深度。
但由于其慢衰减特性,它比一般的地质雷达的探测深度要深。
