本文選題：時間反轉成像　切入點：時域同步性　出處：《電子科技大學》2017年博士論文

【摘要】：時間反轉技術是將接收單元記錄的輻射信號或者散射信號在時域中進行一種逆序操作,即先進后出的方式,然后將經過逆序操作的信號從相應的接收單元回傳輻射至原輻射區(qū)域或者散射區(qū)域,則回傳輻射信號會自適應地在輻射源或者散射體處空時能量聚焦。這種對環(huán)境自適應的空時聚焦特性使得時間反轉技術在探測、通信和醫(yī)療領域擁有巨大的應用潛力。本文的研究方向主要集中在時間反轉技術在成像領域的應用,在對現(xiàn)今主要的時間反轉成像方法總結比較的基礎上,進行了擴展、提高和創(chuàng)新,提出了一種新的時間反轉成像方法:基于時域同步性的時間反轉成像法(Time Reversal Imaging based on Synchronism:TRIS)�，F(xiàn)今主要的時間反轉成像方法的成像結果都是成像區(qū)域中回傳輻射信號的幅值在某一時刻的“快照”,即根據聚焦時刻成像區(qū)域中的幅值來定位成像目標。新方法TRIS是根據來自于時間反轉鏡各個單元的回傳輻射信號在成像區(qū)域的像素點上是否同時到達波形最大值,即回傳輻射信號的同步性,來定位成像目標。由于成像所依據的原理不同,TRIS方法帶來了一些相比于其它時間反轉成像方法的優(yōu)勢,包括:(1)計算過程在全時域中進行,在超寬帶工作條件下,相比于頻域時間反轉成像方法,計算效率大大提升;(2)不需要考慮從發(fā)射單元到成像區(qū)域的傳播過程(格林函數),使得被動探測易于執(zhí)行;(3)在主動探測中,只需要使用一個發(fā)射單元就能定位多個目標,減少了所需的測量數據,使算法執(zhí)行更簡單易操作;(4)在成像性能上,TRIS方法具有優(yōu)良的分辨率,解決了傳統(tǒng)成像方法中不同遠近目標成像效果的差異問題,以及擴展介質目標由于聚焦時刻難于確定而影響成像準確性的問題。但是隨著探測目標數量的增加,TRIS方法中的參數設置應相應地改變,即增加子陣單元數、降低子陣列數,這可能造成成像分辨率的下降。為解決這個缺陷,我們將頻率采樣的傳輸矩陣奇異值分解和TRIS方法相結合,形成了改良的TRIS方法,稱之為基于頻率采樣矩陣分解和時間同步性的的時間反轉成像方法(Frequency-Frequency Multistatic Data Matrix and TRIS:FF-MDM-TRIS),該方法能夠將多目標探測近似地分解為多個單目標探測,從而充分發(fā)揮TRIS方法的優(yōu)點。本文的工作可以歸納為以下三部分:1、介紹了時間反轉技術的研究背景和發(fā)展動態(tài),特別是在成像領域中的發(fā)展情況;闡述了時間反轉技術的基本理論,總結了現(xiàn)今主要的時間反轉成像方法,并結合算例分析了它們的優(yōu)缺點,為后面新方法的提出做好鋪墊。2、提出了新的時間反轉成像方法:基于同步性的時間反轉成像方法(Time Reversal Imaging based on Synchronism:TRIS)。首先,在二維標量場情況下推導出時間反轉鏡的回傳輻射信號在目標處具有同步性,隨后給出基于同步性的二維時間反轉成像方法的實現(xiàn)步驟,并結合仿真實例驗證了該方法的有效性和良好性能;然后,在三維矢量場情況下推導出時間反轉鏡的回傳輻射信號在目標處的同步性,隨后給出基于同步性的三維目標時間反轉成像方法的實現(xiàn)步驟,并結合三維仿真實例驗證了該方法的成像性能,并通過和其它時間反轉成像方法的對比,體現(xiàn)了TRIS方法的優(yōu)勢。3、隨著探測區(qū)域中目標數量的增多,TRIS方法中的時間反轉鏡分組設置中子陣列單元數量會相應地增多,子陣列數量就會減少,于是成像分辨率會隨之下降。為解決這個問題,我們將頻率采樣傳輸矩陣的奇異值分解和TRIS方法結合,得到改進后的時間反轉成像方法FF-MDM-TRIS:對時間反轉鏡記錄的散射信號進行頻率采樣得到傳輸矩陣,對該矩陣進行奇異值分解可以將每一個目標的散射信號從記錄的總散射信號中分離出來,將分離出來的散射信號使用于TRIS方法中,那么類似于單目標成像情況,TRIS的子陣列數量能保持為最大值(等于時間反轉鏡的總單元數),從而得到高分辨率成像,并且可以實現(xiàn)對任意目標的選擇性聚焦成像。
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【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN957.52

【參考文獻】

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1 丁帥;王秉中;葛廣頂;王多;趙德雙;;時間反演鏡對時間反演電磁波聚焦特性影響因素的研究[J];物理學報;2011年10期

2 張同偉;楊坤德;馬遠良;;The focusing performance with a horizontal time-reversal array at different depths in shallow water[J];Chinese Physics B;2010年12期

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本文編號：1689823