復雜多散射環(huán)境下TRM成像技術(shù)研究.pdf

1、對復雜多散射環(huán)境中隱蔽目標的探測具有重要的理論意義和應用價值。其理論意義在于探索如何從復雜多散射強背景噪聲中正確檢測和識別待探測目標；其理論成果可以應用于非均勻組織中異物成像、隔墻目標探測和森林中的隱蔽目標定位等等。時間反轉(zhuǎn)成像技術(shù)（TRM：Time Reversal Mirror）源自對光學相位鏡（PCM：Phase Conjugation Mirror）的推廣，是波多徑傳輸?shù)奈锢韺W基本原理與陣列信號處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它與通常的陣

2、列信號處理的根本差別在于它充分利用了波傳輸?shù)奈锢磉^程的信息，從而能獲得遠大于通常的陣列孔徑所能達到的高分辨率，使原來導致目標隱蔽的多散射環(huán)境反而變得為檢測所用，從而大大增強了系統(tǒng)對隱蔽目標的探測和定位能力。TRM技術(shù)最先出現(xiàn)在聲學領(lǐng)域，并得到了廣泛的驗證和應用，目前該技術(shù)已經(jīng)被引入電磁領(lǐng)域。
　　 本文基于TRM論技術(shù)基礎，從復雜多散射背景環(huán)境出發(fā)，分別研究了TRM技術(shù)在微波致熱超聲成像（MITAT：Microwave-Indu

3、ced Thermo-AcousticTomographv）、超寬帶穿墻雷達（UWB-TWR：Ultra-Wideband Through the WallRadar）成像和多散射叢林環(huán)境隱蔽目標探測三個方面的應用，重點解決不同的隨機多散射背景下TRM模型的建立、模型的穩(wěn)定性分析、TRM的系統(tǒng)函數(shù)（主要是格林函數(shù)）的預置等問題，研究預置格林函數(shù)與實際場景的格林函數(shù)不匹配及噪聲污染等因素對成像質(zhì)量的影響。主要分為五個部分進行討論：

4、　　 ⑴介紹了三類復雜的應用背景，分別是微波致熱超聲成像乳腺癌檢測、超寬帶穿墻雷達成像和多散射叢林環(huán)境隱蔽目標探測，分析了這些背景下的傳統(tǒng)成像算法及相應的不足，指出TRM技術(shù)在這些復雜環(huán)境下成像的獨特優(yōu)勢。系統(tǒng)回顧了TRM技術(shù)的起源、實驗研究成果和理論研究進展。TRM技術(shù)已經(jīng)在近年被推廣到電磁領(lǐng)域，其在電磁領(lǐng)域的研究目前還很有限。
　　 ⑵系統(tǒng)全面的分析了TRM的理論基礎、超分辨特性、統(tǒng)計穩(wěn)定特性，利用仿真實驗證明了TRM技術(shù)

5、在非均勻但服從隨機分布的媒質(zhì)中的超分辨特性，引入入射場響應算子，系統(tǒng)地論證和分析了TRM在隨機媒質(zhì)中的成像和失配媒質(zhì)下的成像問題；
　　 ⑶研究了TRM技術(shù)在微波致熱超聲成像領(lǐng)域的應用。首先分析了TRM技術(shù)在MITAT中的基本原理和理論基礎，利用二維時域偽譜（PSTD：Pseudo-SpectralTime Domain）技術(shù)與TRM技術(shù)相結(jié)合，通過仿真和系統(tǒng)實驗成功地對MITAT系統(tǒng)中的分層生物組織進行了成像；定量分析了TRM

6、技術(shù)在三維MITAT中的應用，通過與三維PSTD技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了對不同數(shù)目不同尺寸目標的成像，且成像質(zhì)量優(yōu)于后向投影算法；將仿真乳腺模型加入到PSTD-TRM三維成像系統(tǒng)平臺，對于不同尺寸的目標，重點分析了隨機非均勻生物組織環(huán)境對于成像質(zhì)量的影響；
　　 ⑷將電磁TRM技術(shù)引入到超寬帶穿墻雷達成像中，分析了其理論基礎，結(jié)合時域有限差分方法（FDTD：Finite Difference Time Domain），對分層結(jié)構(gòu)墻體環(huán)

7、境下的隱蔽目標進行了成像分析，論證其成像質(zhì)量要優(yōu)于傳統(tǒng)雷達所用的后向投影算法；同時對于TRM技術(shù)在墻體電參數(shù)隨機、雷達接收端信號被噪聲污染及TRM正向和反演環(huán)境失配等一系列情況下的成像問題進行了全面的分析和深入討論，研究了單目標和多目標成像問題，同時討論了陣列的大小對于TRM成像質(zhì)量的影響；
　　 ⑸討論TRM技術(shù)在隨機多散射叢林環(huán)境下的理論和應用問題，利用仿真實驗闡明叢林環(huán)境對于電磁波具有嚴重的多徑效應。將TRM技術(shù)與射線追蹤