钟选明[1]2003年在《二维导体目标微波成像算法研究》文中研究说明微波成像是指以微波作为信息载体的一种成像手段，实质属于电磁逆散射问题。由于它既用被成像目标散射的幅度信息，也用它的相位信息，因此也称为微波全息成像。 本文主要是对二维导体目标微波成像的算法作一个初步的探讨：首先从传统的微波成像技术—Newton-Kantorovitch技术入手，着手探讨二维导体目标微波成像的成像机理。然后引入全局优化的搜索方法—遗传算法，由于实数遗传算法直接用实数表示遗传个体，而微波成像算法就是要得出目标的形状函数，形状函数的系数既为待求的变量，具有连续搜索空间，因此本文直接采用实数遗传算法。在频域方式下，正问题用矩量法求解，逆问题采用实数遗传算法，得到频域方式下基于实数遗传算法的微波成像技术。在对微波成像的机理和实数遗传算法的工作机制有了初步了解之后，本文首次提出用时域遗传算法来求解导体目标的成像问题，即用时域有限差分法来求解散射问题，而逆散射问题还是采用实数遗传算法，得到了基于实数遗传算法的全时域的微波成像技术。时域成像技术以超宽带脉冲源作为入射波源，用吸收边界条件来界定计算域，而当采样点远离计算区域时，需要通过近—远场的转换技术把近场等效面上的信息转换到远场，本文采用简单而实用的柱面波外推法作为近—远场的转换方法，收到了较好的效果。当然，时域和频域这两种成像算法的有效性都得到了计算机仿真试验的技术验证，后一种算法还得到了实验检验。 本文的在应用对时域有限差分法的同时，也对其吸收边界条件进行初步研究，提出了一种新的局域吸收边界条件，并通过计算机仿真证明了这种边界条件的有效性。
吴雪蕾[2]2008年在《微波无损检测中的逆散射成像算法研究》文中研究表明微波成像算法在微波无损检测中起着至关重要的作用,也是微波无损检测中的关键部分。本课题的主要工作就是对微波成像算法进行研究,实现对自由空间中混凝土介质柱的成像。电磁散射是微波成像算法的基础,也是电磁理论研究的重要内容之一。通过了解电磁散射的求解方式,对应用比较广泛的电磁场几种数值计算方法及其优缺点进行了深入的学习和探讨之后,课题选择了有限元数值计算方法。详细说明了有限元软件ANSYS实现叁维高频电磁场仿真的具体步骤。针对本课题,利用ANSYS建立高频电磁场有限元仿真模型,在建模过程中应用完全匹配层(PML)来截短无限开放的有限元分析域,通过加载平行板波导来激励TEM波,工作频率为3.0GHz,最后进行仿真求解。将仿真实验得到的结果数据作为后续成像中电磁正散射部分的计算数据。微波成像也叫做电磁逆散射,是从散射体外部测量得到的散射场来重建散射目标的结构图,从而可以不必接触和破坏散射体本身就可以得到人们感兴趣的有关信息,极富实用价值。本文通过学习和研究目前应用比较广泛、有代表性的几种成像算法及其优缺点和适用范围。最后,采用了一种正散射部分基于有限元数值计算方法,逆散射部分结合了体等效原理和变分原理的迭代算法。根据在ANSYS中的建模和剖分情况,把成像区域离散成了有限个小网格后,就可以把待求的目标函数看成是矩阵,矩阵中的每个元素是与小网格的节点一一对应的。这样,就可以在算法中应用矩阵运算,算法是通过MATLAB编程实现的。通过仿真实验,验证了本算法对混凝土介质柱成像的有效性。并在相同的仿真条件下,利用谱域ω—k成像算法对相同的模型进行成像。将两种算法进行了比较,验证了文中算法的优越性。
赵翔, 黄卡玛, 陈星[3]2001年在《二维微波成像的算法研究》文中指出一、引言微波成像是指以微波作为信息载体的一种成像手段。其原理是利用微波照射被测物体,然后通过其散射场的测量值来重构物体的介质特性分布。与其它成像手段相比(如X光成像、核磁共振或超声波成像等),微波成像是一种新的成像手段,具有某些潜在的优势,如大的不连续性限制了超声波成像的效率,生物组织的低密度限制了X光的使用时,微波却可以发挥独特的作用,获得其它成像手段无法获得的信息。
胡楚锋[4]2007年在《雷达目标RCS测试系统及微波成像诊断技术研究》文中认为本文研究室内RCS测试系统和一维、二维、叁维微波成像诊断技术。 无论是研究物体的电磁散射特性还是研制具有突防能力的隐身武器系统，RCS测试具有非常重要的意义。通过RCS测试可以验证电磁散射计算的理论和算法，更重要的是，对复杂目标，电磁散射理论计算已非常困难，而通过测试可以直观的获得目标的电磁散射特性数据从而避开复杂的电磁仿真计算。利用微波成像诊断技术可以细致的认识和研究物体电磁散射的分布，有力地促进目标RCS缩减的研究工作。通过对复杂目标的微波成像诊断，得到目标上散射点的空间位置和强度，从而有效的指导武器系统隐身性能的改进。 本文的主要工作分为叁大部分： 第一部分首先列举了室内RCS测试系统的基本构成，然后叙述了点频连续波RCS测试系统的工作原理，在此基础上构建了测试系统，并给出了一些定标体及复杂模型的测试结果，最后针对测试存在的误差，分析了影响测量的误差源，并提出了解决方法。 第二部分着重介绍了一种宽带RCS测试系统，即频率步进RCS测试系统。采用高性能的矢量网络分析仪所提供的频率步进信号，通过快速傅立叶变换、软件对消、选取合适的距离波门、时域峰值合成等技术手段，实现了低散射目标的测试。通过比较两种测试系统实测得到的数据，说明了频率步进RCS测试系统具有测试精度高、信息量大、定位准确等优点。 第叁部分主要介绍了一维、二维及叁维的微波成像诊断技术。首先简要描述了一维成像诊断技术的原理，然后建立了基于转台成像的数学模型，研究了叁种不同的算法，通过比较它们各自的特点，找出了一种适合于进行二维成像诊断的有效算法，并将其应用于对复杂飞机模型的诊断性分析，效果良好。最后采用了俯仰角微小差异的两副天线，分别获取两幅相位相干的二维图像，通过对应散射中心的相位变化得到目标的高度信息，从而进行叁维成像诊断，并获得了几种散射目标的成像结果。 论文中的所有成果已应用于西北工业大学无人机特种技术国防科技重点实验室。
吕文涛[5]2015年在《基于压缩感知的雷达成像方法研究》文中研究指明获取高分辨率成像是雷达系统的一个重要任务。在传统的成像体制下,需要提高发射信号的带宽。根据Nyquist采样定理,这需要大量的采样数据,给雷达系统的数据存储、处理和传输带来了很大压力。压缩感知(Compressed sensing,CS)是一种新的信号采样理论。压缩感知理论与传统采样定理不同,它指出,如果信号本身具有稀疏特性,或在某一变换域中可以被稀疏化表示时,通过特定的非线性最优化问题的求解,信号可以从远低于Nyquist率所采集到的信号测量值中,进行近似或精确地重建。根据这一理论,可以有效地降低雷达成像系统的原始数据率,以解决系统所涉及的大数据量采集、存储和传输等问题。基于此,把压缩感知理论应用到雷达成像技术中,会给高分辨率雷达成像带来巨大变革。本文以两种典型稀疏场景的雷达目标为背景,包括舰船目标和弹道导弹中段目标,深入开展了基于压缩感知的雷达成像方法研究,并探讨在稀疏成像体制下的目标特征提取和识别等具体应用问题。为此,本文做了如下工作。研究了压缩感知的测量矩阵优化问题。根据压缩感知理论,为了获取更精确的重构结果,要求测量矩阵的列向量之间有较低的线性相关性。本文基于最小互相关值的原则,提出了两种算法来对测量矩阵进行优化。首先,使用一个完全正交的矩阵来替换随机测量矩阵的部分列向量,构造一个半随机矩阵来加强列向量之间的线性无关性;然后,通过引入收缩因子,使得在每一步迭代过程中,测量矩阵的列向量之间的互相关值接近理论上的最低值。经过一系列的迭代,使得优化后的测量矩阵的列向量之间的线性无关性达到最小,以获取更精确的重构结果。研究了压缩感知在微波成像领域中的应用,提出了一种高效的、盲的、基于二维压缩感知的合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)成像算法。首先,对目标场景的原始雷达回波,作用传统的SAR成像算法,获取目标场景的复数图像;然后,应用贪婪算法于该复数图像,重构出目标场景中的强散射系数。该算法主要包括峰值的搜索,迭代程序的阈值设计,以及点扩散函数的估计。因为基于二维CS,所以该算法可以充分利用目标场景的空间稀疏度。通过把贪婪算法应用于复数图像域而不是原始回波域,而且通过把峰值搜索过程限制在一个有限集合中而不是整幅复数图像,该算法能高效地对目标场景进行重构。此外,因为点扩散函数直接从原始数据中估计求得,所以该算法具有盲的性质,即在雷达系统参数未知的情况下,算法依然有效。研究了弹道导弹中段目标一维距离像的回波仿真技术,提出了一种有效的回波仿真方法。首先,通过专业的电磁计算软件,获取弹道目标散射特性的频率响应,然后,再进一步对该频率响应进行处理,得到当雷达系统发射Chirp信号或其它波形信号时的目标的回波。该方法可以用来构造目标的回波数据库,众多目标的数据库可以用来训练和测试分类器,用于目标的识别。研究了基于一维距离像的弹道导弹中段目标识别技术。通过提取一维距离像的双峰特征,构造二维特征空间,设计基于统计特性和序列性的分类器,在仿真数据和目标稀疏条件下,获取了较高的识别率。考虑到实际应用中,雷达系统发射信号的带宽限制,本文把压缩感知技术应用到目标一维距离像的识别中。通过从降采样数据中重构强散射系数,获取分辨率提升的一维距离像。由此可以在较低带宽条件下,获取接近于传统较高带宽成像体制下的目标识别结果。实验表明,在目标稀疏条件下,本文提出的算法是有效的。通过研究,本文探讨了基于压缩感知技术的雷达成像和目标识别方法,以期在降采样数据条件下,获取近似于传统满采样条件下的结果,这在军事和民用领域,有一定的应用价值和实用意义。最后,本文对研究工作做了总结,并指出了本课题后续的研究方向。
陈星[6]2004年在《网络并行和遗传算法在HPM生物效应评价和辐射天线设计中的应用研究》文中认为本文就HPM(高功率微波)研究中两部分：1．HPM生物效应的评价手段—微波成像；2．HPM辐射天线的自动设计，进行了研究。整个研究工作主要基于网络并行计算技术和遗传算法。 微波辐射对生物组织的效应分为致热生物效应和非致热生物效应两种。在微波辐射下，生物组织会出现温度升高，器官的生理或病理变化。HPM具有强大的辐射功率，研究其生物效应具有重要意义。 微波成像是一种非接触式的对生物组织复介电常数的成像手段，生物组织的生理或病理变化通常会造成组织介电常数的变化。同时由于组织复介电常数对温度变化的敏感性，微波成像能获得生物组织内部的温度分布和温度变化。因此，微波成像是一种有效的HPM生物效应的评价手段。 天线是HPM系统中的关键设备，它直接影响HPM产生的生物效应。HPM系统对天线的设计提出了一系列特殊要求，不但要求天线有端射、高增益和高功率容量等性能，便于能量辐射、辐射能量更强和更集中。天线设计者必须仔细考虑电磁能量对操作人员的辐射，避免对操作人员的不良生物效应，这要求天线具有低旁瓣和高前后比特性。此外对天线的带宽、极化方式等都有要求。这些要求对天线设计提出了挑战，天线自动设计是应对该挑战的一种有力武器。 本文主要研究内容和创新之处如下：四川大学博士学位论文 1.对遗传算法的改进。 遗传算法是一类得到极其广泛的优化算法。本文在对遗传算法的原理、基本流程和遗传算子研究和分析基础上，提出了对简单遗传算法的改进措施，以改善遗传算法的收敛过程。 改进遗传算法的选择算子。采用Elite技术，将每代中的最优个体直接复制到下一代，避免简单遗传算法随机选择个体而常出现的最优个体“丢失”情况，加快的收敛速度。 改进遗传算法的变异算子，采用动态变异概率。当优化过程因缺乏个体多样性而停滞时，增大变异概率，打破停滞，加快优化过程。 以对多指数函数的曲线拟合数值实验为例，数值实验结果证明相比简单遗传算法，改进后的遗传算法能以更快的速度收敛于最优解。 2.构建“元媒二号”并行系统 本文研究涉及大量复杂的电磁场数值计算，并行计算能大幅度提高计算效率，缩短计算时间。 并行计算机系统目前有多种类型，基于研究工作特点的考虑，选用了性价比高的Bcowuif型并行计算机系统。利用16台微机构建一套Bcowuif并行计算系统。系统中采用Windows 2000操作系统，Mpl(Message一passing一Interfaee)的MpICH最新版本:MpICH.NT 1 .2.3作为为并行计算的支撑环境，并以looM bPs高速交换式以太网作为互连网络。实际并行计算测试结果表明，该Bcownlf并行系统能够达到非常高的并行加速比和并行效率。 3.新的动态并行任务分配算法 并行计算任务的分配算法是获得高效率并行计算的关键因素。通常情况下，并行任务分配已被证明是一类NP难题，实现最优分配非常困难。本文提出了一种新的动态并行计算任务分配算法。该算法能依据一些简单的启发性原则，充分利用并行系统中各节点机的CPU资源、尽量降低并行任务不完全平衡分配对并行计算效率的负面影响。不需要预知各并行计算任务的执行时间，可应用于同构和异构两类并行计算机系统，具有较高的四川大学博士学位论文实用性。 4.非阻塞式主从并行遗传算法 在对影响遗传算法并行效率的各种因素、叁种并行模型特点的分析基础上，本文选择了主从并行遗传算法模型。结合动态并行任务分配算法，首次提出了一种“非阻塞式主从并行遗传算法”的实施方案。 运用“非阻塞式主从并行遗传算法”方案，对均衡计算任务的微波成像，测试的16节点机并行效率达到99.1%;对非均衡计算任务的天线自动设计，测试的16节点机并行效率达到8225%。结果表明该方案能实现较高的并行效率。 5.应用并行遗传算法进行微波成像反演计算 本文首先探讨并行遗传算法完成微波成像反演计算的原理和流程。通过定义目标函数，将成像反演计算转化为寻找满足己知条件的最佳散射体结构这一优化问题，用矩量法完成散射场这一正问题计算，用遗传算法完成优化计算，用并行计算提高成像反演效率。 数值计算结果表明，由于避开直接计算病态方程，遗传算法能够较好地求解病态方程。在微波成像反演的数值计算中，遗传算法优化出了正确的散射体大小、形状和位置等参数，证明了遗传算法应用于微波成像的可行性。本文同时分析了遗传算法完成微波成像反演计算的缺点和主要困难，指出解空间巨大所造成的计算量过大是其必须克服的最主要困难。 6.天线自动设计软件平台 为实现HPM天线的自动设计，本文编写了一套天线自动设计软件平台。该软件平台采用NEe(Numerieal Eleetromagnetie Codes)天线数值计算程序做天线仿真数值计算;采用遗传算法优化天线结构;采用网络并行提高天线设计效率。该软件平台具有对多类天线进行自动设计的能力。 7.对螺旋、菱形两类天线进行自动设计 螺旋天线具有同轴线馈电、宽带和端射等优点，较适合作为HPM辐射天线。自动设计的均匀螺旋天线的增益相对常规工程设计提高了3.28dB。自动设计的锥削螺旋?
李洁[7]2002年在《微波成像算法研究》文中提出本文以ISAR成像为基础，讨论了微波成像算法。在旋转目标成像算法方面，研究了直角坐标距离多普勒成像、极坐标—距离多普勒成像和层析成像。直角坐标距离多普勒成像在直角坐标系下经两次一维傅立叶变换进行成像。极坐标距离多普勒成像是用极坐标形式记录空间的观测样本插值后进行成像，在转角较大的情况下也可以得到清晰的图像。通过数值计算，比较了两种成像的结果。层析成像是利用物体从不同角度观测时得到物体的轴向分布投影重建图像，给出了层析成像的点扩散函数(PSF)和用层析法对圆柱的成像结果。最后讨论了实用ISAR系统构成。
王洪帅[8]2015年在《雷达散射截面的测量与转台成像研究》文中研究说明随着信息技术和电子战的快速发展,隐身武器得到了大规模的使用,这成为现代战争的一个显着的特征,也成为了各军事强国军队现代化的一个重要指标。使用隐身技术的战机可以有效地减少敌方雷达发现自己的距离,成为了首波对敌打击的重要武器。雷达散射截面(RCS)的大小决定了目标隐身性能的高低。军事强国都建立了先进的实验测量系统,开展验证技术研究和隐身性能评估,为了减少目标的RCS,我们如果在隐身武器的设计阶段获得目标的一维、二维和叁维微波成像,就可以有针对性的降低隐身武器的RCS。本文的主要内容是:首先介绍了研究背景和意义,介绍了一些国内外着名的测量系统,介绍了RCS的基本理论和RCS测试原理及测试方法,其次介绍了常用的计算目标散射的理论方法,如电磁散射的严格解,数值解和电磁散射的高频近似计算等,然后研究了基于步进频率信号的一维距离像以及进行了目标的一维距离像的测量,并对测量结果进行了分析。最后使用卷积反投影算法和联合代数重建算法这两种算法分别进行了二维转台成像的仿真模拟,并将模拟结果进行了对比分析,简单的介绍了干涉ISAR成像的原理和测量系统。联合代数重建算法(SART)常用于CT图形重建,它是迭代重建算法的一种。当前有很多方法来重建ISAR图像,例如FFT,滤波反投影,超分辨率算法。FFT可以使计算机的负荷很小,计算速度快,但它们仅仅应用在小角度成像中,不能普遍适用。相对于一些解析处理算法,迭代的方法具有重大潜力,能够处理不完整的数据,且能很好的抑制背景噪音。当投影数据采集不完备(如欠采样与有限角)或存在较大噪声时,解析法重建的图像往往达不到要求。这时候以SART为代表的迭代算法就会成为首选。SART算法在1984年被提出,它是对ART算法的改进。本论文首次将其应用于二维转台成像并取得了很好的效果。同时也使用卷积-反投影算法(BP)进行二维转台成像的模拟和仿真,并将仿真结果与联合代数重建算法的进行对比,发现在成像的精度和成像的对比度方面,SART算法具有明显的优势。最后也提出了SART存在的一些不足。
刘广东[9]2011年在《乳腺癌检测的时域微波成像算法研究》文中研究指明乳腺癌是危害妇女身心健康的高发病率、高死亡率的肿瘤疾病,其早期检测是降低死亡率的重要途径。然而,钼钯X线影像技术、计算机断层摄影术(CT)、核磁共振成像(MRI)和超声成像等乳腺癌常规检测技术均存在一些不足,限制了早期普查的开展。微波成像(MWI)技术是一种应用广泛的无损检测技术。微波频段下,正常乳房组织和恶性肿瘤组织的电参数存在明显差异,为该技术检测乳腺肿瘤提供了可能。它有望提供一种低成本、低风险和易普查的常规或辅助检测手段。目前,叁种主要的微波成像技术—微波断层成像(MTI)、微波共焦成像(CMI)和微波热声成像(TAI)—均已被应用于乳腺癌检测的研究中,并已取得了可喜的进展。本文采用时域方法,针对这叁个主要的微波成像技术领域,进行了较为系统的理论研究,取得的研究成果主要包括:1)研究了微波信号在乳房中的传播特性;2)借助单极Debye模型,描述了乳房结构中各组织电参数的频率相关性;3)为了有效提取肿瘤目标信息和检测早期乳腺肿瘤,分别提出了几种精度高、成像快的一维(1-D)、二维(2-D)和叁维(3-D)微波成像算法;4)采用了一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方案以对抗成像问题的病态特性和噪声的影响;5)基于时域有限差分(FDTD)法,进行了一些数值实验,优化了可调参数。仿真算例的一系列数值结果证实:1)提出的微波成像算法是鲁棒的;2)超宽带(UWB)微波成像和微波热声成像兼具对比度高和分辨率高特点;3)利用微波成像技术检测早期乳腺肿瘤是可行的。本文的理论研究为医学诊断提供了依据,也为临床应用研究奠定了基础。
何振[10]2014年在《弹载微波成像系统参数设计及实验方法》文中进行了进一步梳理导弹制导技术是当今世界各国竞相发展的技术,传统的制导技术都有其不足之处。微波SAR成像技术不依赖于气候条件，所以弹载微波SAR成像已成为导弹制导技术中的重点和难点。由于弹载SAR平台比星载/机载SAR平台的运动复杂，所以弹载微波SAR成像系统有很多关键技术需要解决。本文就是基于以上背景在以下几个方面对弹载微波成像系统做了研究：一、分析了弹载微波成像系统的系统参数，尤其重点研究了脉冲重复频率的特点，给出了各参数设计的方法；然后给出了斜视角为30度、45度和60度时弹载SAR成像的仿真结果。二、介绍了弹载微波成像系统常见的指标模型和各指标模型的验证方法；然后分别给出了一些车载实验和机载实验的结果，根据各个实验的条件分析了实验结果的正确性。叁、描述了导弹制导过程中的关键技术，主要是中制导阶段和末制导阶段；然后介绍了常用的信号处理器件FPGA和DSP的特点，研究了条带SAR成像算法的工程实现问题，并给出了具体的实现方案。
参考文献：
[1]. 二维导体目标微波成像算法研究[D]. 钟选明. 西南交通大学. 2003
[2]. 微波无损检测中的逆散射成像算法研究[D]. 吴雪蕾. 沈阳工业大学. 2008
[3]. 二维微波成像的算法研究[C]. 赵翔, 黄卡玛, 陈星. 2001年全国微波毫米波会议论文集. 2001
[4]. 雷达目标RCS测试系统及微波成像诊断技术研究[D]. 胡楚锋. 西北工业大学. 2007
[5]. 基于压缩感知的雷达成像方法研究[D]. 吕文涛. 上海交通大学. 2015
[6]. 网络并行和遗传算法在HPM生物效应评价和辐射天线设计中的应用研究[D]. 陈星. 四川大学. 2004
[7]. 微波成像算法研究[D]. 李洁. 西北工业大学. 2002
[8]. 雷达散射截面的测量与转台成像研究[D]. 王洪帅. 西安电子科技大学. 2015
[9]. 乳腺癌检测的时域微波成像算法研究[D]. 刘广东. 南京邮电大学. 2011
[10]. 弹载微波成像系统参数设计及实验方法[D]. 何振. 西安电子科技大学. 2014
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