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微波成像技术及其不精确牛顿算法的研究

作　者: 陈艳玲
导　师: 许会
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电磁逆散射仿真逆算法微波成像不精确牛顿算法
分类号: TN015
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

微波成像技术是无损检测的一项重要内容，是以微波在各种复杂的媒质中传播和散射的研究为基础，利用测量得到的散射场值通过特定的算法求得目标的电磁特性、几何形状、空间位置等参数。微波成像技术包括两方而的内容，其中一方面就是正演数值模拟，即对给定模型的电磁场分布进行计算。另一方而就是逆问题，即根据给定的测量场重构电参数的分布。逆问题是微波成像技术的核心内容，在无损检测、生物医学成像、地球物理探测、雷达成像、环境监测等领域有着十分重要的应用。正问题方面，在电磁散时理论的基础上，本文采用有限元分析方法并利用有限元分析软件ANSYS自带的API)L语言，进行程序开发，从而模拟平面波入射到含有单根钢筋或双根钢筋的O.O8m×O.O8m×O.O8m的散射域内进行仿真分析，并在设定的采样路径上对散射数据进行映射。通过对采到的数据绘制曲线图，可以明确地得到钢筋的位置信息，验证了仿真方法的正确性。逆问题方面，通过对现存的微波成像算法做简要概述，对几种具有代表性的成像算法的原理、特点及适用范围进行了研究和探讨，选取了不精确牛顿算法作为本课题的成像算法。该算法由两个嵌套的循环组成，外而的循环是使非线性散射方程线性化，里而的循环则是运用Landweber算法求解被线性化了的方程。在MATLAB软件中，运用此算法对成像区域内含有单根钢筋或双根钢筋的情况进行反演成像，经过有限次迭代，能够比较精确的重建散射域内介电常数对比度分布情况，并进行误差分析，误差较小，精度较高，满足课题要求，同时也验证了此算法的正确性与优越性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 微波成像技术的原理与特点  10-11
  1.2 微波成像技术发展的国内外现状  11-13
    1.2.1 国外发展现状  11-12
    1.2.2 国内发展现状  12-13
  1.3 本文主要内容  13-14
第二章电磁散射理论及微波成像算法概述  14-25
  2.1 电磁散射基础知识  14-16
    2.1.1 麦克斯韦电磁场理论  14-15
    2.1.2 平面电磁波的特点及其传播特  15-16
  2.2 电磁散射算法  16-18
  2.3 微波成像算法概述  18-24
    2.3.1 ω-κ算法  19
    2.3.2 局部形状函数算法  19-20
    2.3.3 波恩近似迭代算法  20-21
    2.3.4 对比源算法  21-22
    2.3.5 粒子群优化算法  22-24
  2.4 小结  24-25
第三章利用ANSYS实现高频电磁场仿真  25-42
  3.1 建立有限元模型  25-30
    3.1.1 指定工作文件名和标题名  26
    3.1.2 定义单元类型和单位制  26-27
    3.1.3 定义材料属性  27-28
    3.1.4 对实体模型进行划分，创建有限元模型  28-30
  3.2 加载激励和边界条件并求解  30-33
    3.2.1 定义分析类型和设置分析选型  30
    3.2.2 施加边界条件  30-32
    3.2.3 施加激励源  32-33
    3.2.4 求解  33
  3.3 结果分析  33-41
    3.3.1 散射区域内含单根钢筋  33-40
    3.3.2 散射区域内含双根钢筋  40-41
  3.4 小结  41-42
第四章基于不精确牛顿算法的微波成像  42-58
  4.1 不精确牛顿算法基础理论  42-43
    4.1.1 不精确牛顿算法的原理  42-43
    4.1.2 不精确牛顿算法的收敛性分析  43
  4.2 微波成像的数学模型  43-45
    4.2.1 建立非线性方程组  43-45
    4.2.2 不精确牛顿算法的迭代步骤3b  45
  4.3 基于不精确牛顿算法的微波成像结果分析  45-54
    4.3.1 单根钢筋成像结果及分析  46-49
    4.3.2 双根钢筋成像结果及分析4D  49-54
  4.4 误差分析及总体评价  54-57
    4.4.1 散射域内含单根钢筋的误差分析  54-56
    4.4.2 散射域内含双根钢筋的误差分析  56-57
  4.5 小结  57-58
第五章结论  58-59
参考文献  59-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

微波成像技术及其不精确牛顿算法的研究

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