復(fù)雜多散射環(huán)境下TRM成像技術(shù)研究.pdf

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

2、列信號(hào)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(yuǎn)大于通常的陣列孔徑所能達(dá)到的高分辨率，使原來導(dǎo)致目標(biāo)隱蔽的多散射環(huán)境反而變得為檢測(cè)所用，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)隱蔽目標(biāo)的探測(cè)和定位能力。TRM技術(shù)最先出現(xiàn)在聲學(xué)領(lǐng)域，并得到了廣泛的驗(yàn)證和應(yīng)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(chǔ)，從復(fù)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(dá)（UWB-TWR：Ultra-Wideband Through the WallRadar）成像和多散射叢林環(huán)境隱蔽目標(biāo)探測(cè)三個(gè)方面的應(yīng)用，重點(diǎn)解決不同的隨機(jī)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(yù)置等問題，研究預(yù)置格林函數(shù)與實(shí)際場(chǎng)景的格林函數(shù)不匹配及噪聲污染等因素對(duì)成像質(zhì)量的影響。主要分為五個(gè)部分進(jìn)行討論：

4、　　 ⑴介紹了三類復(fù)雜的應(yīng)用背景，分別是微波致熱超聲成像乳腺癌檢測(cè)、超寬帶穿墻雷達(dá)成像和多散射叢林環(huán)境隱蔽目標(biāo)探測(cè)，分析了這些背景下的傳統(tǒng)成像算法及相應(yīng)的不足，指出TRM技術(shù)在這些復(fù)雜環(huán)境下成像的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)回顧了TRM技術(shù)的起源、實(shí)驗(yàn)研究成果和理論研究進(jìn)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(chǔ)、超分辨特性、統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定特性，利用仿真實(shí)驗(yàn)證明了TRM技術(shù)

5、在非均勻但服從隨機(jī)分布的媒質(zhì)中的超分辨特性，引入入射場(chǎng)響應(yīng)算子，系統(tǒng)地論證和分析了TRM在隨機(jī)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(yīng)用。首先分析了TRM技術(shù)在MITAT中的基本原理和理論基礎(chǔ)，利用二維時(shí)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(shí)驗(yàn)成功地對(duì)MITAT系統(tǒng)中的分層生物組織進(jìn)行了成像；定量分析了TRM

6、技術(shù)在三維MITAT中的應(yīng)用，通過與三維PSTD技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同數(shù)目不同尺寸目標(biāo)的成像，且成像質(zhì)量?jī)?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(tái)，對(duì)于不同尺寸的目標(biāo)，重點(diǎn)分析了隨機(jī)非均勻生物組織環(huán)境對(duì)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(dá)成像中，分析了其理論基礎(chǔ)，結(jié)合時(shí)域有限差分方法（FDTD：Finite Difference Time Domain），對(duì)分層結(jié)構(gòu)墻體環(huán)

7、境下的隱蔽目標(biāo)進(jìn)行了成像分析，論證其成像質(zhì)量要優(yōu)于傳統(tǒng)雷達(dá)所用的后向投影算法；同時(shí)對(duì)于TRM技術(shù)在墻體電參數(shù)隨機(jī)、雷達(dá)接收端信號(hào)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(jìn)行了全面的分析和深入討論，研究了單目標(biāo)和多目標(biāo)成像問題，同時(shí)討論了陣列的大小對(duì)于TRM成像質(zhì)量的影響；
　　 ⑸討論TRM技術(shù)在隨機(jī)多散射叢林環(huán)境下的理論和應(yīng)用問題，利用仿真實(shí)驗(yàn)闡明叢林環(huán)境對(duì)于電磁波具有嚴(yán)重的多徑效應(yīng)。將TRM技術(shù)與射線追蹤