关键词： 逆散射   支持向量机   穿墙问题   多源设置  

摘要： 为解决电磁逆散射问题,提出了一种实时逆散射方法,该方法利用支持向量机(SVM)将逆散射问题转化为一个回归估计问题.基于SVM的电磁逆散射方法成功地解决了逆散射问题中的非线性和不适定性.利用穿墙问题测试了该方法的可行性和有效性,测试结果表明,不论是无噪声还是有噪声的情况,该方法都能很好地对墙后目标进行探测与定位.此外,在穿墙环境下用SVM预测模型讨论了接收天线的采样位置数对预测结果的影响.最后对多源设置下的预测误差进行了分析和研究,研究表明,相比于单源情况多源设置有利于对墙后目标的识别.

关键词： 电磁逆散射   支持向量机   粗糙面   目标  

摘要： 本文主要研究了基于支持向量机的二维圆柱、一维粗糙(海)面的电磁逆散射问题以及二维圆柱和一维粗糙(海)面复合电磁逆散射问题。利用支持向量机方法反演了二维导体圆柱的半径、二维介质圆柱的半径和介电常数，一维粗糙(海)面的上方风速、介电常数、均方根高度和相关长度。同时反演了一维粗糙(海)面上方二维圆柱的高度和半径。论文的主要工作为： 给出了支持向量机的基本原理，以及支持向量机在处理分类问题、线性回归问题和非线性回归问题时的算法。简述了矩量法的基本原理，以及矩量法在一维导体或介质粗糙面电磁散射和一维粗糙面与上方二维目标复合电磁散射中的应用，其中包括了积分方程的建立、入射锥形波的实现和双站散射系数的计算等。 研究了基于支持向量机方法的二维圆柱和一维粗糙(海)面的电磁逆散射问题，给出了不同极化方式下的反演结果。在反演某些参数时，由于散射系数随着待反演参数变化曲线的非线性程度增加，此时，凭借单个频率下的散射系数进行反演难以达到较高精度。为了解决此问题，采用了扫频的方式产生训练样本，即以几个不同频率下的散射系数共同作为支持向量机的特征值，以待反演的参数做为目标值，得到了较好的反演结果，克服了采用单频方式进行反演的不足。 在一维粗糙(海)面与二维圆柱复合电磁逆散射问题中，主要讨论了二维圆柱的高度和半径的反演。利用支持向量机方法反演了一维高斯粗糙面和一维PM海面上方二维圆柱的高度和半径，给出了不同频率、不同入射角度和不同极化方式下的反演结果，通过对比不同情况下的反演结果，分析了入射频率、入射角度和极化方式对反演结果的影响。

关键词： 电磁逆散射   仿真   逆算法   微波成像   不精确牛顿算法  

摘要： 微波成像技术是无损检测的一项重要内容，是以微波在各种复杂的媒质中传播和散射的研究为基础，利用测量得到的散射场值通过特定的算法求得目标的电磁特性、几何形状、空间位置等参数。微波成像技术包括两方而的内容，其中一方面就是正演数值模拟，即对给定模型的电磁场分布进行计算。另一方而就是逆问题，即根据给定的测量场重构电参数的分布。逆问题是微波成像技术的核心内容，在无损检测、生物医学成像、地球物理探测、雷达成像、环境监测等领域有着十分重要的应用。 正问题方面，在电磁散时理论的基础上，本文采用有限元分析方法并利用有限元分析软件ANSYS自带的API)L语言，进行程序开发，从而模拟平面波入射到含有单根钢筋或双根钢筋的O.O8m×O.O8m×O.O8m的散射域内进行仿真分析，并在设定的采样路径上对散射数据进行映射。通过对采到的数据绘制曲线图，可以明确地得到钢筋的位置信息，验证了仿真方法的正确性。 逆问题方面，通过对现存的微波成像算法做简要概述，对几种具有代表性的成像算法的原理、特点及适用范围进行了研究和探讨，选取了不精确牛顿算法作为本课题的成像算法。该算法由两个嵌套的循环组成，外而的循环是使非线性散射方程线性化，里而的循环则是运用Landweber算法求解被线性化了的方程。在MATLAB软件中，运用此算法对成像区域内含有单根钢筋或双根钢筋的情况进行反演成像，经过有限次迭代，能够比较精确的重建散射域内介电常数对比度分布情况，并进行误差分析，误差较小，精度较高，满足课题要求，同时也验证了此算法的正确性与优越性。

关键词： 快速计算   线性抽样法   电磁逆散射  

摘要： 电磁逆散射通过测量目标体产生的散射场或其远场模式重建目标体.该问题作为一类典型逆问题具有重要的理论研究价值,同时它在工程技术领域也具有重要的应用价值.线性抽样法,作为解决电磁逆散射问题的方法之一,通过线性积分方程降低了电磁逆散射问题的病态性与非线性对问题求解的影响.但是,线性抽样法传统的实现过程需要全空间或全平面的入射/散射场信息和成像区域,三维目标体的重建过程需要较长时间.为了降低线性抽样法的计算代价,本文提出了两种快速计算方法,分别是重建三维目标体的二维投影图和利用自适应边缘检测方法重建二维目标体边缘.数值计算结果表明,两种快速方法降低了线性抽样法对散射场或其远场模式数据量的要求,减少了成像区域的采样数量,加快了目标体重建过程.

关键词： 电磁逆散射   衍射层析成像   损耗媒质   无相位测量   弱散射  

摘要： 提出一种新的应用于有耗媒质的无相位衍射层析成像方法:只需测量总场的幅度,不需相位信息,实现损耗媒质中二维弱散射目标重建.该方法首先基于测量到的场幅值确定出目标函数在复二维空间中的"伪Fourier谱",将"伪Fourier谱"构造关于目标函数的Fourier级数展开系数的方程组,对此病态方程组作正则化处理求解目标函数的Fourier级数展开系数,即可反演出目标.论文的仿真结果表明,该无相位成像方法能够很好地重建损耗背景中目标的位置、尺寸及电特性参数,证明了无相位衍射层析成像方法在有耗媒质中应用的可行性和有效性.

关键词： 微波成像   电磁逆散射   信号处理   搜索算法  

摘要： 与其他成像技术相比，微波成像具有一系列突出的优点。如与X射线成像技术比较，由于具有识别人体组织电磁特性参数微小变化的能力，微波成像技术能够发现早期癌变或软组织损伤，进而提高恶性肿瘤的诊断率和治愈率、延长病人的生命；而与磁共振成像技术相比，微波成像技术的优点是整个成像系统的造价非常低。此外，微波成像系统所产生的电磁辐射与日常生活中广泛使用的手机的电磁辐射相当，不会对人体的组织、器官造成损害。因此，微波成像系统目前已经受到各国学者和工程界的普遍关注和重视，被认为是理想的数字化医疗诊断设备之一。因而，微波成像不仅具有重要的理论研究价值，也具有广阔的工程应用前景。本文研究了微波成像逆散射问题的数值计算方法和技术。利用最小二乘法将电磁逆散射问题转化为非线性数学规化问题；在正问题的分析计算方面，提出了散射场计算的二阶玻恩近似法和基于三维仿真软件HFSS的三维有限元方法：在逆问题的求解算法研究中，提出了一种改进的禁忌搜索算法。在此基础上通过禁忌算法与脚本语言的混合编程开发了三维微波成像数值分析软件。本文将电磁散射逆问题抽象成基于最小二乘的非线性全局最优化问题。在正问题的处理上，本文创造性的利用MATLAB语言和三维仿真软件HFSS的脚本编程进行三维建模，充分利用两者在不同领域的计算优势，从而获得更加精确的外围散射场；在逆问题的解决过程中，本文首先从多个方面改进了传统禁忌算法，提出了一种改进的禁忌算法。并且在此基础上实现了禁忌算法与脚本语言的混合编程。仿真实验证明，本文方法在解决二维以及较复杂三维非线性成像问题时，在收敛速度以及求解精度都具有突出的优势，具有较好的实际应用价值。本研究分为五个部分：\n 第一章主要介绍了本课题的背景及意义，简单概述了微波成像技术研究的现状以及本文所要进行的相关研究。\n 第二章重点介绍了微波成像中的电磁逆散射问题的分析、计算方法以及散射场的数学模型，在此基础上参照二阶玻恩近似技术对散射场进行简化处理并且提出问题的数学模型。\n 第三章重点介绍禁忌算法的一般原理，在此基础上做出了一系列的改进，然后基于改进的禁忌搜索算法和2BA近似模型，提出了一种微波成像电磁场逆问题的计算方法，最后通过实例计算展示了说明了该方法的求解效果。\n 第四章首先简要介绍了HFSS软件进行散射场计算的原理，然后重点研究了微波成像逆散射分析中散射场计算的具体实施过程，最后介绍了HFSS的脚本语言及其相关应用。\n 第五章主要给出了本文计算方法在三维单散射体仿真模型以及多个强散射体仿真模型的数值仿真结果，包括在同样模型中与其他算法的结果比较。

关键词： 电磁逆散射   FDTD   Tikhonov正则化   反演迭代  

摘要： 文章针对有耗电磁介质的重建问题发展了一种新的算法。该方法在反演过程中采用常用的非线性最小二乘法来求解逆问题,通过Tikhonov正则化得到描述散射场与散射体电特性参数之间关系的迭代方程,然后将迭代方程离散化得到适于数值计算的形式,并最终实现了介质双参数的同时反演。在此基础上对有耗介质的反演进行了详细的研究,计算结果表明该方法不仅能实现介质的空间定位,在介质的电磁参数的反演上也能满足精度的要求。

关键词： 电磁逆散射   伪群交叉算法   混合粒子群算法   收敛   渐近波形估计  

摘要： 提出了一种能同时重构多个导体目标外形的新方法——混合粒子群算法。利用矩量法和渐近波形估计技术求解电磁散射问题,以测量的散射场和计算散射场偏差作为目标函数,将待优化变量设置为目标的截面轮廓近似表达的三角级数形式的系数,通过混合粒子群算法对待优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对自由空间中的散射体进行电磁成像。仿真结果表明,混合粒子群算法比伪群交叉算法具有更好的收敛性能和成像精度,具有较强的抗随机噪声干扰能力。

关键词： 生物电阻抗测量   微波近场成像   电磁逆散射   正则化  

摘要： 生物电磁学(Bioelectromagnetics,BEM)是电磁场理论与生物医学的交叉学科,是近二十年来国内外学者重要的研究领域之一,在国际学术界受到普遍的重视,已经成为电磁场与微波领域的一个重要分支。由于不同种类的生物组织以及同种组织在不同状态下的电磁特性不一样,通过测量生物组织的电磁特性参数就可以获得丰富的结构信息和病理信息。生物体电磁特性微波测量研究将为医学诊断提供有力的支持,并且也是人体电磁防护研究的基础。 本文的研究内容是国防科学技术大学科研计划项目“生物体的电磁分布特性研究”的一部分。以生物体电磁特性测量研究为主线,主要研究了生物电阻抗测量方法、生物体微波近场电磁特性测量和生物组织电磁特性反演。 本文的工作主要分为以下四个方面: 1、概述了生物组织电阻抗测量技术、生物体微波近场电磁特性测量和生物组织电磁特性反演技术的概念、研究现状及相关的方法。 2、研究了生物组织的电特性和磁特性,并且归纳总结了生物组织电阻抗测量方法。 3、研究了生物体微波近场电磁特性测量方法。由于正常组织和病变组织在介电常数和电导率上有明显的差异,且正常脂肪组织在微波频段对电磁波相对透明,因此我们以乳房肿瘤检测为背景,验证了共焦成像方法。我们建立了平面乳房模型进行FDTD仿真计算,并基于仿真数据对早期乳房肿瘤模型进行成像,证明了这种方法的可行性。 4、基于电磁测量的生物组织电磁特性反演研究。为了得到生物组织的电磁特性,我们需要求解电磁逆问题。由于逆问题的病态性和非线性,我们需要通过很大计算量才能得到一个比较符合实际情况的计算值。为了降低计算量,我们提出了一种引入先验信息的方法,并相应的提出一种新的正则化方法。本文针对简单的二维模型进行了计算,得出比较准确的结果,由此证明了算法的正确性。

关键词： 细金属柱体   电磁逆散射   多相粒子群算法   优化   收敛  

摘要： 基于线性分布细金属柱体的散射模型,用多极子展开求解电磁散射问题。以测量的散射场和计算散射场偏差为目标函数,将待优化变量设置为描述细金属柱体中心位置的向径和幅角,通过多相粒子群算法(MPP-SO)优化待优化变量,通过使目标函数达到最小值实现自由空间中线性分布的细金属柱体族的电磁成像。算例表明:MPPSO有较好的收敛性能和成像精度,以及较强的抗随机噪声干扰能力。