非均匀介质中低频近场的分析与探测应用.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目非均匀介质中低频近场的分析与探测应用学科专业电磁场与微波技术学号201011020152作者姓名马金指导教师聂在平教授万方数据分类号密级公开注1UDC学位论文非均匀介质中低频近场的分析与探测应用（题名和副题名）马金（作者姓名）指导教师聂在平教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业电磁场与微波技术提交论文日期2013.09论文答辩日期2013

2、.12学位授予单位和日期电子科技大学2013年12月24日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据ANALYSISOFLOW-FREQUENCYNEARFIELDININHOMOGENEOUSMEDIAANDITSAPPLICATIONINDETECTIONADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAuthor:Ma

3、JinAdvisor:Prof.NieZaipingSchool:SchoolofElectronicEngineering万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留

4、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要在电磁场的分析与探测应用中，非均匀介质中低频近场问题的分析一直是研究和应用中的重点和难点。一方面，该类问题的研究具有广阔的前景和应用价值，如电磁波测井与地球物理探测分析等；然而另一方面，该类问题的研究却一直是数值分析和计算方法中的难题，特别是大规模多尺度问题，更对现有的分析方法

5、提出了严峻的挑战。针对上述挑战，本文首先从近场问题的物理本质出发，将其归类为极低频准静态位场问题和时变电磁场问题，针对不同的问题采用不同的建模策略和分析方法。然后，本文重点针对时变的低频近场问题，研发了结合树-叉树策略和高阶传输条件的有限元区域分解方法，并将其应用于电磁波测井前沿问题的分析。在该算法的基础上，本文还实现了低频近场探测前端的分析与设计，以获得多维度的地层信息。最后，为了实现低频近场问题中三维目标的探测与参数的快速反演，本文在对已有的反演算法进行研究总结的基础上，提出一种结合有限元区域分解框架的三维全波反演算法，以便在对复杂未知目标的低频近场

6、探测问题中实现快速有效的反演。首先，本文首先针对低频准静态位场测井模型，以拉普拉斯方程作为控制方程，用标量有限元方法对低频准静态位场问题进行研究，提出了低频准静态位场理论建模的几个重要问题。根据准静态场的位场分布规律，本文首次提出，时变场中无限远边界条件并不适用于位场分析，并给出了更符合实际位场分布的截断边界条件。其次，为了减少测井仪器复杂激励模型导致的计算需求，本文提出了周期边界条件以及金属和绝缘材料边界条件。最后，以位场测量回路中引入取样电阻为例，本文提出了场与路一体化分析的建模思路，以精确模拟实际探测仪器的测量原理。通过实例分析，上述关于低频准静态

7、位场的创新模型的正确性和优越性都得到了验证。其次，本文针对时变电磁场问题，主要采用了矢量有限元及其区域分解算法进行分析。通过对矢量有限元方法的基础研究，本文比较、分析了有限元方法中基于不同单元的基函数，引入了一种基于任意六面体单元的高阶叠层插值基函数，该基函数能适用于复杂结构多尺度目标的建模，因此能很好地胜任复杂低频近场问题的分析。然而，在复杂大规模的问题分析中，特别是因扫描探测需要激励端不断移动时，传统有限元方法的一体化建模剖分仍将导致极大的工作量、计算量和计算资源的占用。另外在低频近场问题中，有限元等数值计算方法往往会出现低频崩溃问题，即数值误差过大

8、甚至无法求解。为了解决上述问题，本文首先引I万方数据摘要入了区域分解算法，将待求