路面雷达具有探测速度快、非接触、无破损、分辨率高、可直接获得地下剖面图、进行数据的实时成像处理、经济方便等优点,已得到广泛的应用。其应用技术的研究自八十年代以来一直是国际上的热门话题。由于理论模型的简化及信号采集等方面的困难,现行路面雷达厚度分析方法对新铺沥青混凝土路面低耗材料有较好的检测精度,而对旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面这些有耗、色散路面材料的检测精度却不能令人满意,对路面其他技术指标如压实度、含水量以及沥青含量的研究还处于探索阶段,建立在严密理论模型基础上的数据分析软件系统还有待进一步研究开发。 1966年,电磁学计算方法—时域有限差分法(FDTD)第一次被用来模拟电磁脉冲和理想导体作用的时域响应,并取得成功。近二十年来,FDTD以其运算速度快、节约存储空间、仿真效果好等众多的优点,迅速运用于电磁场的各个领域,并开发出多种工程软件。 本文所做的工作就是基于电磁波的基本理论,通过分析FDTD的基本理论和应用于路面雷达的仿真研究的需特殊的处理的几个方面,建立了路面雷达电磁波的FDTD正演模型。应用该正演模型,对几个工程实例进行模拟比较,分别从定性、定量和精度上证明了该模型的可行性和有效性。在色散介质中的传播的研究中,本文通过分析目前国际上常用的几种介电常数模型,选取适合路面系统的介电常数的FDTD本构模型和色散FDTD算法。最后分析了色散媒质特性对脉冲波的传播的影响。取得的主要结论如下: 1、基于电磁波理论的基本原理,研究分析时域有限差分法应用于路面体系的特点。(1)对于路面系统来说可以简化为一维FDTD问题来处理,不仅节约存储空间,而且达到有效的精度;(2)激励源和吸收边界条件的设置都应该采用“软”性来处理,从而能够消除“硬”性一直接赋值方法引起的非物理反射;(3)在介质参数突变面处采用特殊的处理方法一平均法这以保证在分层界面程序的运行;(4)由于Maxwell方程适用的是总场,建立正演模型的时候需要特殊处理反射场的提取。 2、通过分析了介电常数的在色散介质中的频散特性,选择了适用路面体系的