本文關(guān)鍵詞： 逆散射問題 子空間優(yōu)化算法 斜入射 隔墻成像 微波成像系統(tǒng)　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：電磁逆散射問題是逆問題研究的一個重要分支,擁有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要研究電磁逆散射成像問題。首先,本文針對較少有人研究的斜入射情況下的二維電磁逆散射問題,通過建立TM與TE模式相耦合的電磁散射模型,提出了一種實現(xiàn)任意入射極化、任意斜入射角度下的二維逆散射成像算法。通過數(shù)值仿真,分析了斜入射角度和極化對成像質(zhì)量的影響。研究結(jié)果指出,盡管斜入射情況下TM與TE模式之間存在耦合,但斜入射角度較小時交叉極化分量對成像質(zhì)量影響較小,因而通過合理選擇入射波與所測量的散射場的極化,可以在不明顯惡化成像質(zhì)量的前提下簡化成像系統(tǒng)的設(shè)計。本文設(shè)計并實現(xiàn)了斜入射條件下進行逆散射成像的實驗系統(tǒng),并通過基于實測數(shù)據(jù)的逆散射成像驗證了上述算法的有效性。其次,本文針對缺乏實驗研究的非均勻背景下的逆散射成像問題,考慮實際系統(tǒng)中可能存在的各種因素的影響,進行了成像方法的優(yōu)化,提出了多種隔墻成像的策略,并實現(xiàn)了對位于四面墻體圍成的封閉區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進行逆散射隔墻成像的實驗。本文在改進校準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上,通過對多種目標(biāo)進行測量,得到了逆散射隔墻成像的實驗數(shù)據(jù)。通過比較不同策略的成像結(jié)果,可以得出結(jié)論:在使用實測數(shù)據(jù)時,基于非均勻背景格林函數(shù)的算法成像效果較好。最后,本文研究了實際應(yīng)用中普遍存在的觀察視角受限時的逆散射成像問題,提出了一種在成像目標(biāo)背后設(shè)置反射平面提升成像質(zhì)量的方法,可有效彌補觀察視角缺失導(dǎo)致的成像信息丟失。本文首先通過鏡像原理推導(dǎo)并建立了導(dǎo)體平面附近物體的電磁散射模型,實現(xiàn)了對導(dǎo)體平面附近目標(biāo)的逆散射成像。其后進一步研究了觀察視角受限對成像質(zhì)量的影響,以及在成像目標(biāo)背后設(shè)置導(dǎo)體平面對成像質(zhì)量的改善。研究表明,當(dāng)觀察視角受限時,在成像目標(biāo)背后設(shè)置導(dǎo)體平面可以改善成像質(zhì)量。相關(guān)研究結(jié)果可用于微波成像系統(tǒng)設(shè)計。
[Abstract]:Electromagnetic inverse scattering problem is an important branch of inverse problem research, which has a wide application prospect. This paper mainly studies electromagnetic inverse scattering imaging problem. In this paper, a new electromagnetic scattering model coupled TM with te mode is proposed to realize arbitrary incident polarization in the case of oblique incidence, which is seldom studied. The effect of angle of oblique incidence and polarization on imaging quality is analyzed by numerical simulation. The results show that there is a coupling between TM and te mode in oblique incidence. However, the cross-polarization component has little effect on the imaging quality when the angle of incidence is small, so the polarization of the incident wave and the measured scattering field can be reasonably selected. The design of the imaging system can be simplified without obviously deteriorating the imaging quality. In this paper, an experimental system for inverse scattering imaging under oblique incidence is designed and implemented. The effectiveness of the algorithm is verified by the inverse scattering imaging based on the measured data. Secondly, in this paper, the influence of various factors in the actual system is considered for the inverse scattering imaging in the non-uniform background, which is not studied experimentally. In this paper, the imaging method is optimized, a variety of partition imaging strategies are put forward, and the experiment of inverse scattering partition imaging of a target located in a closed area surrounded by four walls is carried out. In this paper, the calibration method is improved. The experimental data of inverse scattering partition imaging are obtained by measuring various targets. By comparing the imaging results of different strategies, it can be concluded that, when using the measured data, The algorithm based on non-uniform background Green's function has good imaging effect. Finally, the problem of inverse scattering imaging with limited viewing angle is studied in practical applications. In this paper, a method to improve the imaging quality by setting a reflection plane behind the imaging target is presented. It can effectively compensate for the loss of imaging information caused by the absence of viewing angle. Firstly, the electromagnetic scattering model of an object near the conductor plane is derived and established by the mirror image principle. The inverse scattering imaging of the target near the conductor plane is realized. The influence of the limited viewing angle on the imaging quality and the improvement of the imaging quality by setting the conductor plane behind the imaging target are further studied. When the viewing angle is limited, the imaging quality can be improved by setting the conductor plane behind the imaging target. The related results can be used in the design of microwave imaging system.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN015

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本文編號：1519488