非均匀介质中的目标反演与成像方法研究

Inverse and imaging of targets in inhomogeneous medium attract a widespread concern in the civilian and military fields. It has become an important research direction in the electromagnetic and signal processing fields at home and abroad. Currently, most of the inverse algorithms for target detection are based on the assumption that the wave propagation media are known, i.e., the physical process of the wave propagation is known and only the characteristics of the target need to be extracted. However, the actual propagation media are usually unknown. It is difficult to predict the parameters and the distributions of the media, which make the physical processes of the wave propagation uncertain during the inversion process. Therefore, it is difficult to effectively extract target information. From this point of view, the inversion for the characteristics of the propagation media with high accuracy and efficiency is the key issue for the target detection. Aiming at the frontiers of target detection in heterogeneous media, the characteristics of the wave propagation in heterogeneous media will be analyzed in this project. Then methods for target detection and imaging in heterogeneous media with unknown parameters will be studied. Meanwhile, accelerate technologies for inverse and imaging of target will be also investigated. A simulation platform, which is suitable for complex heterogeneous media, such as layered and structural heterogeneous models, will be researched and developed. The effectiveness of the proposed methods will be verified through experimental studies. The research results of this project will provide theoretical and technical bases for target detection and imaging in the heterogeneous media.

非均匀介质中的目标反演与成像研究在民用和军事领域受到了广泛的关注，它已成为国内外电磁场和信号处理研究领域的一个重要方向。目前，大部分的目标检测都是基于波传播的介质是已知的，也就是假设波传播的物理过程是确知的，只有目标的特性需要提取。但通常实际的情况是传播介质往往是未知的，我们难以预知介质的参数和分布，这使得无法确知波传播的物理过程，因此难以有效地提取目标信息。由此可见，正确高效地反演介质的特性是目标检测的关键。为此，本项目针对非均匀介质中目标反演的前沿问题，对非均匀介质中波传播的特性进行分析，研究在非均匀介质参数和分布未知情况下的目标反演与成像方法，同时开展目标反演成像加速技术研究，研发适于复杂非均匀介质如分层非均匀介质、结构非均匀介质等模型中目标反演的仿真平台，并通过实验研究来验证所提方法的有效性。本项目的研究成果可以为非均匀介质中目标的检测和成像提供理论和技术基础。

非均匀介质中的目标反演与成像研究在民用和军事领域受到了广泛的关注，它已成为国内外电磁场和信号处理研究领域的一个非常重要方向。本项目主要研究非均匀介质中目标的反演与成像问题，即通过利用测量得到的目标的散射场数据（声波或电磁波）来构建目标的位置、形状和参数等信息。项目重点研究了非均匀介质中波传播的特性，非均匀介质中目标的成像算法以及目标反演成像的加速技术等三部分内容。.针对非均匀介质中波传播问题的研究中，采用亚网格技术、缓变网格技术、并行技术及数值色散优化算法等算法，显著提高了非均匀介质中微波散射算法的计算效率，大幅减少了计算时间。.针对非均匀介质中目标的成像问题的研究中，开展了电磁反演成像算法和微波致热超声成像算法两部分研究。在电磁反演成像算法中，提出了针对大尺寸各向异性介质目标的跳频反演算法以及声场和电磁场的联合反演算法，大幅拓展了电磁反演算法的适用范围。在微波致热超声成像算法中，开展了基于多物理场的微波热声乳腺肿瘤成像研究，显著提高了成像质量及成像效率。.针对反演算法计算复杂度高、计算时间长的问题，围绕电磁反演成像算法和微波致热超声成像算法两部分的快速算法研究，提出了基于对角近似、空间频域感应电流构建、压缩感知以及高效字典建立方法等手段，显著减少了成像时间和内存需求。.本项目针对非均匀介质中目标反演的前沿问题和关键技术进行了深入研究，对非均匀介质中波传播的特性进行分析，研究了在非均匀介质参数和分布未知情况下的目标反演与成像方法，同时开展目标反演成像加速技术研究，研发了适于多种复杂非均匀介质如分层非均匀介质、结构非均匀介质等模型中目标反演的仿真平台，并通过仿真和实验研究验证了所提方法的有效性。本项目的研究成果可以应用于埋地目标探测、石油勘探、生物组织成像等实际工程中。

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