復(fù)雜多散射環(huán)境下TRM成像技術(shù)研究.pdf

1、對復(fù)雜多散射環(huán)境中隱蔽目標(biāo)的探測具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。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和識別待探測目標(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)探測和森林中的隱蔽目標(biāo)定位等等。時間反轉(zhuǎn)成像技術(shù)（TRM：Time Reversal Mirror）源自對光學(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(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)境反而變得為檢測所用，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對隱蔽目標(biāo)的探測和定位能力。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)探測三個方面的應(yīng)用，重點解決不同的隨機(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(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、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，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(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(jī)分布的媒質(zhì)中的超分辨特性，引入入射場響應(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(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，實現(xiàn)了對不同數(shù)目不同尺寸目標(biāo)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(biāo)，重點分析了隨機(jī)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(dá)成像中，分析了其理論基礎(chǔ)，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(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；同時對于TRM技術(shù)在墻體電參數(shù)隨機(jī)、雷達(dá)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(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(jī)多散射叢林環(huán)境下的理論和應(yīng)用問題，利用仿真實驗闡明叢林環(huán)境對于電磁波具有嚴(yán)重的多徑效應(yīng)。將TRM技術(shù)與射線追蹤