微波逆散射成像中的若干问题研究

摘要

本文主要研究电磁逆散射成像问题。首先针对较少有人研究的斜入射情况下的二维电磁逆散射问题，通过建立TM与TE模式相耦合的电磁散射模型，提出了一种实现任意入射极化、任意斜入射角度下的二维逆散射成像算法。通过数值仿真，分析了斜入射角度和极化对成像质量的影响。研究结果指出，尽管斜入射情况下TM与TE模式之间存在耦合，但斜入射角度较小时交叉极化分量对成像质量影响较小，因而通过合理选择入射波与所测量的散射场的极化，可以在不明显恶化成像质量的前提下简化成像系统的设计。设计并实现了斜入射条件下进行逆散射成像的实验系统，并通过基于实测数据的逆散射成像验证了上述算法的有效性。其次针对缺乏实验研究的非均匀背景下的逆散射成像问题，考虑实际系统中可能存在的各种因素的影响，进行了成像方法的优化，提出了多种隔墙成像的策略，并实现了对位于四面墙体围成的封闭区域内的目标进行逆散射隔墙成像的实验。在改进校准方法的基础上，通过对多种目标进行测量，得到了逆散射隔墙成像的实验数据。通过比较不同策略的成像结果，可以得出结论：在使用实测数据时，基于非均匀背景格林函数的算法成像效果较好。最后研究了实际应用中普遍存在的观察视角受限时的逆散射成像问题，提出了一种在成像目标背后设置反射平面提升成像质量的方法，可有效弥补观察视角缺失导致的成像信息丢失。首先通过镜像原理推导并建立了导体平面附近物体的电磁散射模型，实现了对导体平面附近目标的逆散射成像。其后进一步研究了观察视角受限对成像质量的影响，以及在成像目标背后设置导体平面对成像质量的改善。研究表明，当观察视角受限时，在成像目标背后设置导体平面可以改善成像质量。相关研究结果可用于微波成像系统设计。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 电磁逆散射问题基本理论

2.1 散射问题基本理论

2.2 逆问题的求解方法

2.3 本章小结

3 基于SOM算法的斜入射逆散射成像

3.1 斜入射正散射问题的模型

3.2 斜入射逆散射成像算法

3.3 斜入射逆散射成像的数值仿真

3.4 斜入射逆散射成像的实验研究

3.5 本章小结

4 非均匀背景下的逆散射成像

4.1 非均匀背景下的逆散射成像算法

4.2 一种计算非均匀背景格林函数的方法

4.3 非均匀背景下逆散射成像的实验研究

4.4本章小结

5 导体平面附近的逆散射成像

5.1 导体平面附近散射问题模型

5.2 多重信号分类算法

5.3 数值仿真

5.4 本章小结

6 结束语

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果