学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

复杂多散射环境下TRM成像技术研究

作　者: 郑文军
导　师: 赵志钦
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 时间反转成像技术(TRM) 微波致热超声成像(MITAT) 超宽带穿墙雷达(UWB-TWR) 复杂多散射环境 超分辨 时域伪谱方法(PSTD) 时域有限差分方法(FDTD) 射线追踪方法
分类号: TN011
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 199次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


对复杂多散射环境中隐蔽目标的探测具有重要的理论意义和应用价值。其理论意义在于探索如何从复杂多散射强背景噪声中正确检测和识别待探测目标;其理论成果可以应用于非均匀组织中异物成像、隔墙目标探测和森林中的隐蔽目标定位等等。时间反转成像技术(TRM:Time Reversal Mirror)源自对光学相位镜(PCM:Phase Conjugation Mirror)的推广,是波多径传输的物理学基本原理与阵列信号处理技术相结合的产物。它与通常的阵列信号处理的根本差别在于它充分利用了波传输的物理过程的信息,从而能获得远大于通常的阵列孔径所能达到的高分辨率,使原来导致目标隐蔽的多散射环境反而变得为检测所用,从而大大增强了系统对隐蔽目标的探测和定位能力。TRM技术最先出现在声学领域,并得到了广泛的验证和应用,目前该技术已经被引入电磁领域。本文基于TRM理论技术基础,从复杂多散射背景环境出发,分别研究了TRM技术在微波致热超声成像( MITAT : Microwave-Induced Thermo-Acoustic Tomography)、超宽带穿墙雷达(UWB-TWR: Ultra-Wideband Through the Wall Radar)成像和多散射丛林环境隐蔽目标探测三个方面的应用,重点解决不同的随机多散射背景下TRM模型的建立、模型的稳定性分析、TRM的系统函数(主要是格林函数)的预置等问题,研究预置格林函数与实际场景的格林函数不匹配及噪声污染等因素对成像质量的影响。文章主要分为五个部分进行讨论:1.介绍了三类复杂的应用背景,分别是微波致热超声成像乳腺癌检测、超宽带穿墙雷达成像和多散射丛林环境隐蔽目标探测,分析了这些背景下的传统成像算法及相应的不足,指出TRM技术在这些复杂环境下成像的独特优势。系统回顾了TRM技术的起源、实验研究成果和理论研究进展。TRM技术已经在近年被推广到电磁领域,其在电磁领域的研究目前还很有限。2.系统全面的分析了TRM的理论基础、超分辨特性、统计稳定特性,利用仿真实验证明了TRM技术在非均匀但服从随机分布的媒质中的超分辨特性,引入入射场响应算子,系统地论证和分析了TRM在随机媒质中的成像和失配媒质下的成像问题;3.研究了TRM技术在微波致热超声成像领域的应用。首先分析了TRM技术在MITAT中的基本原理和理论基础,利用二维时域伪谱(PSTD:Pseudo-Spectral Time Domain)技术与TRM技术相结合,通过仿真和系统实验成功地对MITAT系统中的分层生物组织进行了成像;定量分析了TRM技术在三维MITAT中的应用,通过与三维PSTD技术相结合,实现了对不同数目不同尺寸目标的成像,且成像质量优于后向投影算法;将仿真乳腺模型加入到PSTD-TRM三维成像系统平台,对于不同尺寸的目标,重点分析了随机非均匀生物组织环境对于成像质量的影响;4.首次将电磁TRM技术引入到超宽带穿墙雷达成像中,分析了其理论基础,结合时域有限差分方法(FDTD:Finite Difference Time Domain),对分层结构墙体环境下的隐蔽目标进行了成像分析,论证其成像质量要优于传统雷达所用的后向投影算法;同时对于TRM技术在墙体电参数随机、雷达接收端信号被噪声污染及TRM正向和反演环境失配等一系列情况下的成像问题进行了全面的分析和深入讨论,研究了单目标和多目标成像问题,同时讨论了阵列的大小对于TRM成像质量的影响;5.初步讨论TRM技术在随机多散射丛林环境下的理论和应用问题,利用仿真实验阐明丛林环境对于电磁波具有严重的多径效应。将TRM技术与射线追踪方法(Ray- tracing)相结合,建立了多散射环境的TRM技术仿真平台,并利用FDTD方法验证了这一模型的准确性,基于射线追踪方法的多散射模型,我们初步实现TRM技术对隐蔽的单目标和多目标的成像。本文对TRM技术的理论基础和在复杂背景下成像问题进行了全面细致的研究,通过仿真和实验结果验证了TRM在复杂环境下的成像性能,讨论了相关因素对于成像的影响,为复杂环境下目标探测成像问题提供了参考。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章 绪论  13-22
  1.1 研究背景  13-16
    1.1.1 乳腺癌探测  13-15
    1.1.2 隔墙目标探测  15
    1.1.3 多散射环境隐蔽目标探测  15-16
  1.2 技术起源与发展  16-20
    1.2.1 声波领域实验发展  16-17
    1.2.2 理论研究进展  17-19
    1.2.3 电磁TRM 的提出和发展  19-20
  1.3 本文的主要创新点  20
  1.4 本文的组织结构  20-21
  1.5 本章小结  21-22
第二章 TRM 技术原理  22-38
  2.1 原理介绍  22-24
  2.2 TRM 在随机媒质下的超分辨特性  24-29
    2.2.1 超分辨理论分析  24-26
    2.2.2 超分辨仿真实验  26-29
  2.3 TRM 的统计稳定特性  29-30
  2.4 目标提取  30-37
    2.4.1 TRM 算子  30-32
    2.4.2 入射场响应算子及其与TRM 算子关系  32-34
    2.4.3 目标成像  34-36
    2.4.4 随机媒质下的目标成像  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章 微波致热超声成像中的TRM 技术  38-67
  3.1 微波致热超声成像技术  38-40
  3.2 成像方法介绍  40-44
    3.2.1 波数域成像算法  40-41
    3.2.2 滤波后向投影算法  41
    3.2.3 级数展开法  41-42
    3.2.4 TRM 成像方法  42-44
  3.3 MITATA 中 TRM 成像格林函数计算  44-47
    3.3.1 声学射线跟踪法  45
    3.3.2 声学FDTD 方法  45-46
    3.3.3 声学时域伪谱算法  46-47
  3.4 MITAT 中分层媒质的PSTD-TRM 成像  47-55
    3.4.1 分层媒质中的TRM  48-50
    3.4.2 仿真分析  50-52
    3.4.3 实际系统成像实验  52-55
  3.5 三维微波致热超声成像  55-62
    3.5.1 三维仿真模型  56
    3.5.2 均匀媒质中的成像  56-58
    3.5.3 随机媒质中的成像  58-61
    3.5.4 仿真乳腺模型成像  61-62
  3.6 成像性能分析  62-66
    3.6.1 接收端噪声污染对成像的影响  63-64
    3.6.2 环境失配对于成像质量的影响  64-66
  3.7 本章小结  66-67
第四章 穿墙雷达中的TRM 技术  67-102
  4.1 技术介绍  67-70
  4.2 穿墙雷达技术原理  70-76
    4.2.1 体制和工作原理  70-72
    4.2.2 电磁波对墙体的穿透特性  72-75
    4.2.3 模型选择  75-76
  4.3 穿墙雷达传统成像算法  76-81
    4.3.1 穿墙雷达时域相干成像算法  77
    4.3.2 穿墙雷达后向投影成像算法  77-81
  4.4 超宽带穿墙雷达中的TRM 技术  81-83
  4.5 分层墙体下TRM 成像仿真  83-89
    4.5.1 单层墙体下TRM 成像仿真  83-87
    4.5.2 多层墙体下TRM 成像仿真  87-88
    4.5.3 分层失配墙体环境下TRM 成像  88-89
  4.6 随机穿墙环境下的TRM 成像  89-97
    4.6.1 随机穿墙环境下的单目标成像  90-92
    4.6.2 随机穿墙环境下的双目标成像  92-93
    4.6.3 系统噪声对成像的影响  93-94
    4.6.4 天线阵列对于成像质量的影响  94-96
    4.6.5 环境失配对于成像质量的影响  96-97
  4.7 实测穿墙环境下的TRM 成像  97-100
    4.7.1 系统成像测试  98-99
    4.7.2 穿墙目标探测实验  99-100
  4.8 本章小结  100-102
第五章 丛林环境下的TRM 技术  102-113
  5.1 背景介绍  102-103
  5.2 多散射探测环境中TRM 技术原理  103-108
    5.2.1 探测环境模型  104-105
    5.2.2 多散射环境TRM 技术  105-108
  5.3 模型的建立  108-111
    5.3.1 射线追踪方法  108-109
    5.3.2 仿真模型验证  109-111
  5.4 TRM 成像初步研究  111-112
  5.5 本章小结  112-113
第六章 总结  113-116
  6.1 全文工作总结  113-115
  6.2 进一步工作展望  115-116
致谢  116-117
参考文献  117-129
作者攻博期间取得的成果  129-131
个人简历  131-132

相似论文

  1. 极化SAR图像超分辨算法的研究,TN957.52
  2. 高光谱图像空—谱协同超分辨处理研究,TN911.73
  3. 基于学习的低阶视觉问题研究,TP391.41
  4. 基于回归的图像超分辨率重建技术研究,TP391.41
  5. 利用非局部相似性的图像超分辨率重建研究,TP391.41
  6. 基于学习的视频超分辨率重建算法研究及实现,TP391.41
  7. POCS图像超分辨率重建技术研究,TP391.41
  8. 基于锥形微纳光管的亚波长聚焦及其应用的研究,TN25
  9. 基于学习的图像超分辨率技术及其应用研究,TP391.41
  10. 基于自适应字典稀疏表示超分辨率重建的视频编码技术,TN919.81
  11. Tetrolet稀疏正则化与样本学习的图像超分辨率算法研究,TP391.41
  12. 基于样例的图像画质增强,TP391.41
  13. 步进频率SAR超分辨成像技术研究,TN957.52
  14. 基于正则化的超分辨率图像序列重建技术研究,TP391.41
  15. 图像超分辨率重建算法研究,TP391.41
  16. 基于压缩感知的合成孔径雷达超分辨成像复数据处理方法研究,TN958
  17. 基于小波变换的三维表面纹理超分辨率及评价,TP391.41
  18. 基于公路视频监控中车牌图像超分辨率复原方法的研究,TP391.41
  19. 序列图像超分辨率重建技术研究,TP391.41
  20. 视频序列超分辨率算法研究与实现,TP391.41
  21. 电控可调谐超分辨光瞳滤波器的设计,TN713

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 一般性问题 > 基础理论 > 电波传播、传播机理
© 2012 www.xueweilunwen.com