关键词： 积分方程   对角张量近似(DTA)   稳定型双共轭梯度   快速Fourier变换   水平层状介质   逆散射   变型Born迭代方法(DBIM)  

摘要： 为提高水平层状介质中三维电磁波散射和逆散射数值模拟的效率,在对角张量近似(DTA)的基础上根据不同回代方式得到了求解积分方程的DTA1和DTA2两种近似.这两种近似可以作为计算积分方程稳定型双共轭梯度快速Fourier变换(BCGS-FFT)算法的初始猜测值和预条件因子,从而形成效率更高的混合DTA-BCGS算法.散射实例说明了DTA2的高精度和混合DTA-BCGS算法尤其是混合DTA2-BCGS算法的高效率.由于DTA2近似程度更高,将DTA2与变型Born迭代反演方法(DBIM)相结合形成了一种对三维异常体进行重构的快速电磁波逆散射技术.文中的逆散射实例说明所开发的逆散射技术对重构水平层状介质中的任意三维异常体是非常有效的.

关键词： 粗糙表面   电磁散射   超宽带脉冲   逆散射   反演   重构  

摘要： 随机粗糙表面的电磁波散射研究在微波遥感、雷达成像、海洋工程、无线通信、表面光学和半导体物理等领域均具有重要实际应用。本论文就随机粗糙表面的电磁散射与逆散射的若干问题开展了系统的理论研究工作。论文首先研究了一维随机粗糙表面的时谐波、超宽带脉冲波的电磁散射。然后将一维粗糙表面模型推广到二维粗糙表面模型,研究二维随机粗糙表面的时谐波、超宽带脉冲波的电磁散射。在前几章的基础上又开展了非高斯分布的粗糙表面的电磁散射研究。最后研究了粗糙表面的逆散射相关问题,对粗糙表面轮廓进行了重构和统计参数反演。主要工作和成果如下: 1.对一维粗糙表面的基尔霍夫单次散射模型进行了推广,建立了基尔霍夫二次散射模型。从理论分析和数值计算两方面分析了后向散射增强效应主要是由于多次散射引起的。 2.针对传统的稀疏矩阵规范网格方法的不足,提出了契比雪夫规范网格方法,用契比雪夫多项式级数来一致逼近二维空间的格林函数,并且借助于快速傅立叶变换进行快速计算。通过与矩量法的计算结果比较,验证了契比雪夫规范网格方法具有比较高的计算精度。 3.提出了一种求解一维粗糙表面的超宽带脉冲准波束的电磁散射的解析计算方法。结合基尔霍夫散射理论、波束分解与合成理论和近轴远区近似,求解了脉冲电磁波的时域散射电场的解析表达式。采用四阶瑞利脉冲电磁波作为入射波,计算了干沙表面模型的时域散射电场,并检验了这种解析方法的计算精度。 4.提出了一种适合求解均方根斜率较大的二维粗糙表面多次散射的解析计算方法,讨论了双站散射系数随方位角以及后向散射系数随均方根斜率的变化规律。将理论模型应用于计算镍涂层表面的毫米波散射问题,将理论计算结果与华盛顿大学的测量数据进行比较,检验了理论模型的正确性。 5.将第三章的一维粗糙表面的超宽带脉冲准波束的电磁散射的解析方法推广到了二维粗糙表面模型。给出了二维粗糙表面的超宽带脉冲准波束的时域散射电场的解析表达式,分析了地面背景下二阶瑞利脉冲电磁波的传播与衰减特性。 6.推广了高斯分布的粗糙表面模型,建立了Alpha-stable非高斯分布的粗糙表面模型。基于磁场积分方程研究Alpha-stable非高斯分布的金属材料表面的时谐波、超宽带脉冲波的电磁散射特性。研究结果表明金属材料表面的概率密度分布对电磁散射特性具有重要的影响。 7.提出了基于空间场重构理论的时谐电磁波逆散射算法和超宽带脉冲电磁波的逆散射算法。分别针对周期粗糙表面、非周期粗糙表面、高斯相关的随机粗糙表面和Alpha-stable非高斯分布的粗糙表面进行了轮廓重构。重构结果充分说明该逆散射算法具有比较高的重构精度。 8.建立了分数布朗运动粗糙表面的高斯波束电磁散射模型,应用最小二乘法建立了一种多频率反演粗糙表面分维数的逆散射算法。除此之外,还提出了高斯相关的随机粗糙表面的统计参数的理论反演方法,即分别根据镜向的相干散射强度和非相干散射强度反演高度起伏均方根和相关长度。

关键词： 电磁逆散射   遗传算法   最优保存策略  

摘要： 用遗传算法(GA)重建二维连续介质介电参数的剖面分布,着重讨论了提高反演计算效率的方法。根据个体和群体的适应度实时调整交叉概率和变异概率;在交叉运算后,增加一次适应度的计算,通过计算后的适应度来决定个体的变异范围;产生下一代群时首先进行相似判断,淘汰相似个体中适应度低的个体;运用最优保存策略。该方法有助于加快收敛速度和减少计算量。数值结果表明,采用该方法可大大提高了反演的收敛速度,并有效地反演介质目标的介电参数分布。

关键词： 逆散射   正则化   变形Born迭代法.  

摘要： 在对逆散射问题的测量数据方程进行归一化的基础上,提出了一种新的正则化矩阵．这一新的正则化方法可以消除场源点离目标区域距离不同所造成的不利因素,并可以减少正则化过程所导致的有用信息丢失和改善病态问题的条件数．将该正则化过程与变形Born迭代法(DBIM)结合,对轴对称二维非均匀介质分布进行了反演．数值计算结果表明,所提出的正则化过程比传统方法具有更好的稳定性、更快的收敛速度、更为精确的反演结果以及更强的分辨能力．

关键词： 电磁逆散射   迭代方法   正则化算法   共轭梯度法   小参数Tikhonov方法  

摘要： 电磁逆散射是利用未知物体的电磁散射信号重建物体形状和结构的一类问题，广泛存在于生物医学工程、无损检测、地球物理、模式识别等诸多应用领域。由于该未知物体的特性参数与散射信号之间呈非线性关系，人们在这类问题求解中，通常采用迭代方法，并涉及不适定逆散射方程的求解。\n 由于逆散射方程的求解存在于每次迭代过程中，该方程的解可影响到迭代的，收敛。本文就二维介质逆散射问题，针对逆散射方程的不适定性，首先基于奇异系统分析了其产生的原因，进而从模式的角度给出了物理解释，然后讨论了逆散射方程的正则化技术。文中比较了几种典型的正则化方法，分析了其不同的特性，并对正则化参数的选择方法进行了探讨，指出了不同的参数选择方法的特点。通过几个典型算例比较了Tikhonov正则化方法、截断奇异值分解以及截断完全最小二乘方法对解的逼近程度。\n 针对正则化方法参数选择的困难，提出了一种结合小参数Tikhonov方法和共轭梯度法的混合正则化方法。先由小参数的Tikhonov方法对原方程作欠正则化处理，然后再采用具有正则化能力的共轭梯度法求解。该方法的计算量主要是共轭梯度法的有限步迭代，计算量较小。所提混合正则化方法，既保证了反演效果，又减少了反演的计算量。

关键词： 箔条云团   逆散射   支持向量回归  

摘要： 本文研究了支持向量回归(SVR)方法在箔条云团电磁逆散射中的应用,提出了一种预测箔条云团一维径向分布的方法,并给出了具体的建模步骤.工程应用实例显示了该方法的有效性.

关键词： 支持向量机   介质圆柱体   逆散射   埋地目标  

摘要： 为解决介质圆柱体逆散射问题,提出一种新的在线逆散射方法,通过支持向量机将逆散射问题转化成一个回归估计问题.该方法可应用于各种逆散射方面,尤其是目标的几何与电磁参数重构和埋地目标探测.文中首次将支持向量机方法应用到该领域,设置多个散射场的观测点,通过提取散射场的不同信息作为样本信息训练支持向量机,建立了介质圆柱体的逆散射模型,利用该模型重构了介质圆柱体的电磁参数,同时探测了埋地位置.数值结果显示了该方法的有效性和准确性,为目标的实时逆散射研究提供了一种有效方法.

关键词： 雷达成像   电磁散射   电磁逆散射   衍射层析  

摘要： 以一阶Born近似和格林函数的平面波谱展开为基础,导出了平面波激励情况下的二维衍射层析成像算法并给出了详细的算法处理流程。在此基础上分析了散射场信号的信噪比和有耗媒质的衰减效应对成像结果的影响,并对多个仿真数据进行了成像处理。结果表明,该成像算法可以精确反演出目标的形状和电磁参数,可应用于雷达成像和目标识别。

关键词： 分层媒质   埋入体   探地雷达   共轭梯度   遗传算法   玻恩迭代方法  

摘要： 采用遗传算法(GA)结合稳定的双共轭梯度-快速傅立叶变换(BCGS-FFT)方法求解了平面分层媒质中埋入目标的电磁逆散射问题.首先定义目标函数为测量电场与在假定目标区域电磁参数分布下的计算电场的差值的平方和,然后使用遗传算法最小化这个目标函数可得到目标区域的电磁参数分布,从而完成逆散射问题的求解.数值计算的结果表明:该算法可以求解多层媒质中任意三维非均匀埋入目标的电磁逆散射问题.

关键词： 电磁逆散射   非线性反演方法   深感应测井仪   分辨率   先验知识  

摘要： 针对深感应测井仪6FF40的测量信息,在非均匀背景介质中采用一种迭代方法对地层电导率分布进行反演和剖面成像。该方法是基于场点在目标区内、外的电场积分方程,建立适合于6FF40的反演积分方程。在每次反演迭代过程中,用数值模式匹配法(NMM)求解6FF40的测量信息。利用沿井轴的6FF40不完备的低信息量对地层剖面进行反演,数值模拟结果表明该迭代方法在实际工程应用中的潜力。另外,还讨论了6FF40的纵向、径向分辨率和先验知识的利用等问题。