关键词： 太赫兹   雷达成像   层析成像   全息成像   电磁逆散射   成像算法  

摘要： 雷达成像是太赫兹常用的成像方法之一,主要应用于以电子学为基础的太赫兹低频段。随着太赫兹成像研究从太赫兹两端向中心频段的迈进,雷达成像方法是否适用于整个太赫兹频段?相对于层析成像和全息成像等其它在太赫兹频段常用的成像方法,雷达成像在哪些太赫兹成像场景具有优势?这些问题成为制约太赫兹雷达成像发展的瓶颈。迫切需要加强在太赫兹雷达成像机理和太赫兹雷达成像新体制、新算法上的研究。基于以上研究思路,本文的工作如下:（1）开展了雷达、层析和全息的成像机理研究。从电磁逆散射成像问题出发,在目标回波信号数学模型层面和电磁逆散射层面上,分别研究雷达成像、层析成像和全息成像之间的联系。为三种成像方法在太赫兹频段开展体制、架构和算法的创新,提供了新的视角。首先,讨论了雷达、层析和全息三种成像方法在电磁逆散射问题求解层面上的相似性。其次,讨论了三种成像方法在目标回波信号数学模型层面上的相似性。最后,讨论了雷达、层析和全息成像在对象上的区别。（2）开展了基于合成孔径概念的太赫兹雷达成像研究。首先,分析了太赫兹前端非线性效应对雷达成像的影响,给出了太赫兹前端非线性的测量和数字补偿方法。然后,针对太赫兹目标散射特性,提出一种具有更高效率和广泛实用性的“多视非相干叠加”算法。最后,通过0.14THz雷达成像实验对“多视非相干叠加”算法进行了验证,获得了典型目标的影像结果。（3）开展了基于层析概念的太赫兹雷达成像研究。首先,介绍了多普勒雷达层析成像原理,并针对该实验系统设计了两种成像算法。其次,将多普勒雷达层析技术与太赫兹雷达技术相结合,在0.67THz频段构建了基于多普勒层析的太赫兹雷达成像系统。最后,通过实验验证了太赫兹多普勒雷达层析成像体制和算法的有效性,并对实验进行了分析。（4）开展了基于全息概念的太赫兹雷达成像研究。首先,介绍了太赫兹雷达全息成像原理,及在人体安检等领域的应用前景。其次,提出了一种基于距离多普勒的全息雷达成像方法,并将距离多普勒域算法同时域算法、波数域算法进行了比较。最后,利用0.14THz实测回波数据给出了典型目标在三种算法下的成像结果,验证了距离多普勒域成像算法的快速成像能力。

关键词： 电磁散射   学术交流   中国电子学会   通信工程学院   大会特邀报告   计算机科学   领域专家   详细通信地址   江苏大学   复合散射  

摘要： 2016年电磁散射与逆散射学术交流会拟于2016年10月28～30日在江苏省镇江市召开。本次会议由中国电子学会天线分会电磁散射与逆散射学组和电磁散射重点实验室联合主办,江苏大学计算机科学与通信工程学院协办。这次会议将为国内电磁散射与逆散射领域的专家学者展现最新成果、讨论该领域最新发展动态提供平台。会议包括大会特邀报告和专题讨论会,不编印论文集,仅发送论文集光盘。竭诚欢迎全国电磁散射与逆散射研究领域专家、学者及研究人员积极参加。

关键词： 电磁散射   学术交流会   逆散射   征文通知   中国电子学会   专家学者   重点实验室   计算机科学  

摘要： 2016年电磁散射与逆散射学术交流会拟于2016年10月28～30日在江苏省镇江市召开。本次会议由中国电子学会天线分会电磁散射与逆散射学组和电磁散射重点实验室联合主办，江苏大学计算机科学与通信工程学院协办。这次会议将为国内电磁散射与逆散射领域的专家学者展现最新成果、讨论该领域最新发展动态提供平台。会议包括大会特邀报告和专题讨论会，不编印论文集，仅发送论文集光盘。竭诚欢迎全国电磁散射与逆散射研究领域专家、学者及研究人员积极参加。

关键词： 电磁散射   学术交流   中国电子学会   通信工程学院   大会特邀报告   计算机科学   复合散射   江苏大学   江苏省镇江市   详细通信地址  

摘要： 2016年电磁散射与逆散射学术交流会拟于2016年10月28～30日在江苏省镇江市召开。本次会议由中国电子学会天线分会电磁散射与逆散射学组和电磁散射重点实验室联合主办,江苏大学计算机科学与通信工程学院协办。这次会议将为国内电磁散射与逆散射领域的专家学者展现最新成果、讨论该领域最新发展动态提供平台。会议包括大会特邀报告和专题讨论会，不编印论文集，仅发送论文集光盘。竭诚欢迎全国电磁散射与逆散射研究领域专家、学者及研究人员积极参加。

关键词： 电磁逆散射   德鲁色散媒质   正则化   时域有限差分法   共轭梯度法  

摘要： 德鲁(Drude)经验模型常用于描述等离子体、金属等媒质的电色散特性.利用宽带的时域测量数据直接反演电参数,相比单频(频域)技术而言,具有信息量大、成像分辨率高的优势.时域直接反演色散媒质电参数的主要困难在于它们是频率相关的.为了克服该困难,本文提出了一种时域电磁(EM)逆散射新技术:转而同时反演德鲁模型的4类频率无关的模型参数.该技术的主要环节为:(1)描述为含正则化项的约束最小化问题;(2)转化为无约束最小化问题;(3)解析导出梯度;(4)分别利用时域有限差分(FDTD)法、共轭梯度(CG)法迭代求解正演、反演子问题.在一维(1-D)、二维(2-D)两个数值算例中,所需的测量数据也由FDTD仿真值代替,并加入了加性高斯白噪声(AWGN).反演结果初步证实了该技术的性能.

关键词： 电磁波   反问题   Maxwell方程组   直接抽样法  

摘要： 本文所要研究的是一类逆电磁散射问题:利用电场的近场数据重构非均匀介质所在的区域?.此逆电磁散射问题是个非线性且不适定的问题,虽然使用迭代算法能对目标成像,但运算复杂,计算量大,代价高,本文介绍一种直接抽样方法,基本思想是基于Maxwell方程组等价的积分表达式,通过对散射场和基本解性质的分析构造出一个指示函数Ψ(x),使得Ψ(xp)≈1的采样点xp被认为是属于区域?,从而实现对目标区域?的重构.此方法的关键是构造一个指示函数,指示函数里只需要计算采样点上的基本解与测量散射场Es的内积.之后对指示函数性质进行简要分析.

关键词： 多层快速多极子方法   并行稀疏近似逆预条件   多步谱预条件   电磁散射  

摘要： 为了解决基于多层快速多极子方法的近场稀疏近似逆预条件对于某些开放结构电磁散射问题难以收敛的问题,将稀疏近似逆预条件结合谱预条件形成多步谱预条件技术。通过对复杂模型结构电磁散射特性进行分析,多步谱预条件技术相比于稀疏近似逆预条件技术,计算时间缩短,验证了该预条件技术的有效性。

关键词： 电磁逆散射   多极德拜色散媒质   吉洪诺夫正则化   时域有限差分法  

摘要： 在已有的经验模型中,多极德拜(Debye)模型最适合高精地描述生物组织、土壤、水等媒质的色散特性.为了同时反演这类媒质的电磁参数,本文提出了一种时域逆散射改进技术:分别应用迭代法和吉洪诺夫(Tikhonov)正则化技术克服逆问题的非线性和病态性困难;解析导出了目标泛函关于目标参数的梯度;迭代重建过程中,产生的正演、反演子问题分别选用时域有限差分(FDTD)法、共轭梯度(CG)法求解.噪声环境下,通过两个一维(1-D)的数值算例,初步证实了该技术的可行性和鲁棒性.

关键词： 乳腺癌检测   电磁逆散射   单极德拜色散模型   吉洪诺夫正则化   时域有限差分法  

摘要： 生物组织、土壤、水等媒质的电特性是频率相关的(称为色散媒质),常利用单极德拜(Debye)模型描述.为重建这一类媒质的色散特性,基于泛函分析和变分法,提出一种三维(3-D)时域电磁(EM)逆散射技术,主要流程为:1根据最小二乘准则,转化逆散射问题为约束最小化问题;2应用罚函数法,转化约束最小化问题为无约束最小化问题;3通过变分计算,解析导出梯度(Fréchet导数)表达式;4利用梯度法求解.此外,引入一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化以应对逆问题的病态特性和噪声影响.数值应用中,将提出的方法应用到一个简单的三维癌变乳房模型,借助PRP共轭梯度(CG)算法和时域有限差分(FDTD)法,仿真结果初步证实本文方法的可行性、有效性和鲁棒性.

关键词： 和声搜索   多模优化   双目标   共享   多种群  

摘要： 电磁逆散射的主要任务是通过测量到的散射场数据对目标进行重建。针对线性逆散射法限制较多的问题,本文首先将逆散射问题转化为优化问题,进而使用优化算法来处理。传统智能优化算法在求解该问题上存在不同程度的早熟收敛、全局搜索效率低等缺陷,因此,探索一种新的优化算法迫在眉睫。和声搜索算法是一种新兴的智能优化算法,该算法已被成功地应用于诸多领域并表现出优越的性能。本文在深入分析智能优化算法及电磁场逆散射理论的基础上,对基于多模优化技术的和声搜索算法及其对电磁逆散射问题的优化进行了研究,主要工作和创新包括以下几个方面:1、针对排挤策略中的替换错误问题,引入排挤距离将替换错误限制在一定的范围内,提出基于限定排挤策略的和声搜索算法;针对限定排挤策略中生境维持能力较差的缺陷,引入动态排挤因子,提出了基于动态排挤策略的和声搜索算法。实验表明排挤策略能够有效地增加记忆矩阵中个体的多样性,避免算法陷于单个最优解。2、针对电磁场逆散射问题中目标函数的峰半径无法根据先验知识获取的缺陷,研究了峰半径根据问题特点自动调整的方法,提出自适应调整峰半径的共享策略;针对共享策略中个体共享适应度的计算比较耗时的缺陷,提出基于清除共享策略的和声搜索算法。实验结果表明,两种共享策略均具有良好的优化效果,清除共享策略有效地降低了算法的时间复杂度。3、为了解决传统多种群策略中种群划分的机械性,研究了根据目标函数曲面的拓扑结构对种群进行划分的方法,使得划分后的每个子种群只覆盖多峰函数的单个峰群,提出了基于拓扑多种群策略的和声搜索算法。实验结果表明,拓扑多种群策略对大部分测试函数的优化效果都很理想。4、针对多模优化需要对和声记忆矩阵中个体的多样性进行保护,考虑将多目标优化技术引入到单目标多模优化的问题中来,在原目标函数的基础上增加一个目标函数,将作为多样性保护措施的个体之间拥挤距离的测量作为第二目标,把原来的单目标优化问题转换为双目标优化问题,并在NSGA-II的基础上,提出非支配排序和声搜索算法。实验结果表明,双目标和声搜索算法对于大部分测试函数的优化效果完美,而且能够在较少的迭代次数内达到收敛。最后,分别将以上基于多模优化策略的和声搜索算法应用于电磁场逆散射问题,充分的实验数据证实了算法的正确性、有效性和优越性。