分层介质中目标的成像与反演方法研究-电磁场与微波技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 RESEARCH ON INVERSION AND IMAGE METHOD FOR 3-DIMENSIONAL OBJECTS IN MULTILAYERED MEDIA A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Electromagnetic Field and Microwave Technology Author: Zhang Yin Advisor: Professor Zhao Zhiqin School : School of Electronic Engineering 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘要 摘要 在地球物理勘测、穿墙雷达探测等实际应用工程中，需要深入开展分层介质 的反演方法研究。现有的反演研究大都是针对二维的分层介质，而与真实环境更 接近的是三维的模型。三维分层介质中的电磁成像与反演方法研究是电磁散射与 逆散射中一个重要的方向。逆散射问题是不断地通过某种算法去推测目标，进一 步评估该目标散射场与实测数据的差别，再继续推测目标，这个过程需要计算目 标的散射场。但是计算分层介质散射算法的较为复杂性，这就使得实现成像也存 在相当大的困难。研究将围绕分层介质中目标的反演问题展开，将从电磁学计算 方法和电磁逆散射算法两个方面进行。本文的主要工作包括： 1. 研究分层介质的电磁计算方法 FDTD 和体积分方程法。目标电磁散射的计 算方法是研究成像和反演方法的基础。时域有限差分方法较成熟，本文只做简要 介绍。利用体积分方程计算三维分层介质的散射场，会涉及到推导分层介质格林 函数和计算 Sommerfeld 积分，这是本文重点介绍的内容之一。因为本文未知量较 大，在用矩量法 MOM 求解体积分方程时会引入加速算法。将结合稳定型双共轭 梯度法 BCGS 和快速傅里叶变换（FFT）技术，来加速求解体积分方程。 2. 研究基于波恩迭代的反演方法。一是传统的波恩迭代 BIM，另一种是改进 的波恩迭代算法 DBIM。逆散射算法中存在病态问题，因此将研究泛函方法，并结 合 Tikhonov 正则化方法来解决。选取适合的正则化参数可以得到较好的成像结果。 BIM 和 DBIM 方法可以很好地对分层介质中的介质目标成像。通过对比两种方法， 发现 DBIM 比 BIM 的成像效果更佳，误差更小。 3. 研究基于时间反转技术 TRM 的反演方法。利用该方法反演分层介质中的金 属目标。对于埋在介质层中的金属网格，我们可以通过改变激励源的极化方向， 对不同放置方向的金属成像。最后通过叠加不同极化条件的结果，得到接近真实 目标的成像结果。 本文研究了计算分层介质散射场的数值计算方法，还研究了分层介质中介质 目标、金属目标的两类反演方法，分别通过数值算例说明了本研究的有效性。 关键词：反演问题，波恩迭代，TRM，分层介质，格林函数 I ABSTRACT ABSTRACT Developing the electromagnetic (EM) inverse scattering and image methods to reconstruct objects buried in multilayered media is significant. It can be applied in geophysical exploration and through-wall radar detection. The two-dimensional problem is proposed and developed since 1980s. It is not as suita