(19)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 202211164841.7 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 安徽大学 地址 230601 安徽省合肥市经济技 术开发 区九龙路1 11号 (72)发明人 谢国大　侯桂林　宋子衡　潘攀　 黄志祥　 (74)专利代理 机构 北京一枝笔知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11791 专利代理师 李镇 (51)Int.Cl. G01S 13/88(2006.01) G01V 3/12(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 基于ADI-FDTD的探地雷达正演模拟方法及 系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于ADI ‑FDTD的探地雷达 正演模拟方法及系统。 通过采用Z变换技术处理 多级Debye色散介质， 得到多级Debye色散介质中 ZT‑ADI‑FDTD的电场强度和磁场强度的迭代公 式； 对细网格区域采用ADI ‑FDTD方法以细网格的 形式进行数值计算得到探测目标信息； 对粗网格 区域采用FDTD方法以粗网格的形式进行数值计 算得到探测目标信息； 根据上述两个探测目标信 息， 确定整个探测目标信息； 采用基于Z变换的 CPML方法对探测目标信息进行空间截断， 得到缩 小计算域后的探测目标信息。 本发 明能够解决计 算效率低和计算复杂度大的问题。 权利要求书3页 说明书15页 附图9页 CN 115542315 A 2022.12.30 CN 115542315 A 1.一种基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟方法， 其特 征在于， 包括： 获取探地雷达场景中基于ADI ‑FDTD方法的电通 量密度和磁场强度的迭代公式； 获取探地雷达复杂场景下目标为色散介质时电通量密度和电场强度在频域的本构关 系； 根据所述迭代公式和所述本构关系， 采用Z变换技术处理多级Debye色散介质， 得到多 级Debye色散介质中ZT ‑ADI‑FDTD的电场强度和磁场强度的迭代公式； 获取探地雷达场景中的计算区域， 所述计算区域包括 粗网格区域和细网格区域； 对所述细网格区域采用ADI ‑FDTD方法以细网格的形式进行数值计算， 得到第一探测目 标信息； 对所述粗网格区域采用FDTD方法以粗网格的形式进行数值计算， 得到第二探测目标信 息； 根据所述第一探测目标信息和所述第二探测目标信息， 确定 探测目标信息； 采用基于Z变换的CPML方法对所述探测目标信息进行空间截断， 得到缩小计算域后的 探测目标信息 。 2.根据权利 要求1所述的基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟方法， 其特征在于， 所述获 取探地雷达场景中基于ADI ‑FDTD方法的电通 量密度和磁场强度的迭代公式， 具体包括： 通过非磁化频散介质中Maxwell方程组， 得到ADI ‑FDTD方法的电通量与磁场强度的迭 代公式： 其中， D为电通量密度， H为磁场强度， E为电场强度， μ 0为磁导系数， 为x,y和z方向上的空间微分算子， Δt为差分方程的数学变量， A和B 是个辅助变量， n 为迭代的第几时间步。 3.根据权利 要求1所述的基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟方法， 其特征在于， 所述电 通量和电场强度的本构关系为： D(ω)＝ ε0εr(ω)E(ω)； 其中， D为电通量密度， E为电场强度， ε0为自由空间介电常数， εr为和频率有 关的介电系 数， ω表示D(ω)＝ ε0εr(ω)E(ω)频域上的本构关系。 4.根据权利 要求1所述的基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟方法， 其特征在于， 所述对 所述细网格区域采用ADI ‑FDTD方法以细网格的形式进行数值计算， 得到第一探测目标信 息， 具体包括： 采用用空间插值方法对交界面细网格区域进行插值， 得到细网格区域边界以及细网格 区域内的电场值；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115542315 A 2采用多级Debye色散介质中电场强度的迭代公式计算细网格区域的磁场值； 对所述电场值和所述磁场值进行修 正， 得到修 正后的电场值和修 正后的磁场值； 根据所述 修正后的电场值和修 正后的磁场值， 确定第一探测目标信息 。 5.一种基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟系统， 其特 征在于， 包括： 第一迭代公式获取模块， 用于获取探地雷达场景中基于ADI ‑FDTD方法的电通量密度和 磁场强度的迭代公式； 本构关系获取模块， 用于获取探地雷达复杂场景下目标为色散介质时电通量密度和电 场强度在频域的本构关系； 第二迭代公式确定模块， 用于根据所述迭代公式和所述本构关系， 采用Z变换技术处理 多级Debye色散介质， 得到多级Debye色散介质中ZT ‑ADI‑FDTD的电场强度和磁场强度的迭 代公式； 计算区域获取模块， 用于获取探地雷达场景中的计算区域， 所述计算区域包括粗网格 区域和细网格区域； 第一探测目标信息确定模块， 用于对所述细网格区域采用ADI ‑FDTD方法以细网格的形 式进行数值计算， 得到第一探测目标信息； 第二探测目标信息确定模块， 用于对所述粗网格区域采用FDTD方法以粗网格的形式进 行数值计算， 得到第二探测目标信息； 探测目标信息确定模块， 用于根据所述第一探测目标信息和所述第二探测目标信息， 确定探测目标信息； 缩小计算域后的探测目标信息确定模块， 用于采用基于Z变换的CPML方法对所述探测 目标信息进行空间截断， 得到缩小计算 域后的探测目标信息 。 6.根据权利 要求5所述的基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟系统， 其特征在于， 所述第 一迭代公式获取模块， 具体包括： 第一迭代 公式获取单元， 通过非磁化频散介质中Maxwell方程组， 得到ADI ‑FDTD方法的 电通量与磁场强度的迭代公式： 其中， D为电通量密度， H为磁场强度， E为电场强度， μ 0为磁导系数， 为x,y和z方向上的空间微分算子， Δt为差分方程的数学变量， A和B 是个辅助变量， n 为迭代的第几时间步。 7.根据权利 要求5所述的基于ADI ‑FDTD的探地雷达正演模拟系统， 其特征在于， 所述电 通量和电场强度的本构关系为： D(ω)＝ ε0εr(ω)E(ω)；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115542315 A 3