非均勻介質中的目標反演與成像方法研究

《非均勻介質中的目標反演與成像方法研究》是依託電子科技大學,由趙志欽擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非均勻介質中的目標反演與成像方法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙志欽

項目摘要

非均勻介質中的目標反演與成像研究在民用和軍事領域受到了廣泛的關注，它已成為國內外電磁場和信號處理研究領域的一個重要方向。目前，大部分的目標檢測都是基於波傳播的介質是已知的，也就是假設波傳播的物理過程是確知的，只有目標的特性需要提取。但通常實際的情況是傳播介質往往是未知的，我們難以預知介質的參數和分布，這使得無法確知波傳播的物理過程，因此難以有效地提取目標信息。由此可見，正確高效地反演介質的特性是目標檢測的關鍵。為此，本項目針對非均勻介質中目標反演的前沿問題，對非均勻介質中波傳播的特性進行分析，研究在非均勻介質參數和分布未知情況下的目標反演與成像方法，同時開展目標反演成像加速技術研究，研發適於複雜非均勻介質如分層非均勻介質、結構非均勻介質等模型中目標反演的仿真平台，並通過實驗研究來驗證所提方法的有效性。本項目的研究成果可以為非均勻介質中目標的檢測和成像提供理論和技術基礎。

結題摘要

非均勻介質中的目標反演與成像研究在民用和軍事領域受到了廣泛的關注，它已成為國內外電磁場和信號處理研究領域的一個非常重要方向。本項目主要研究非均勻介質中目標的反演與成像問題，即通過利用測量得到的目標的散射場數據（聲波或電磁波）來構建目標的位置、形狀和參數等信息。項目重點研究了非均勻介質中波傳播的特性，非均勻介質中目標的成像算法以及目標反演成像的加速技術等三部分內容。針對非均勻介質中波傳播問題的研究中，採用亞格線技術、緩變格線技術、並行技術及數值色散最佳化算法等算法，顯著提高了非均勻介質中微波散射算法的計算效率，大幅減少了計算時間。針對非均勻介質中目標的成像問題的研究中，開展了電磁反演成像算法和微波致熱超聲成像算法兩部分研究。在電磁反演成像算法中，提出了針對大尺寸各向異性介質目標的跳頻反演算法以及聲場和電磁場的聯合反演算法，大幅拓展了電磁反演算法的適用範圍。在微波致熱超聲成像算法中，開展了基於多物理場的微波熱聲乳腺腫瘤成像研究，顯著提高了成像質量及成像效率。針對反演算法計算複雜度高、計算時間長的問題，圍繞電磁反演成像算法和微波致熱超聲成像算法兩部分的快速算法研究，提出了基於對角近似、空間頻域感應電流構建、壓縮感知以及高效字典建立方法等手段，顯著減少了成像時間和記憶體需求。本項目針對非均勻介質中目標反演的前沿問題和關鍵技術進行了深入研究，對非均勻介質中波傳播的特性進行分析，研究了在非均勻介質參數和分布未知情況下的目標反演與成像方法，同時開展目標反演成像加速技術研究，研發了適於多種複雜非均勻介質如分層非均勻介質、結構非均勻介質等模型中目標反演的仿真平台，並通過仿真和實驗研究驗證了所提方法的有效性。本項目的研究成果可以套用於埋地目標探測、石油勘探、生物組織成像等實際工程中。