用近场声学测量信息可视化多个三维障碍物的一种快速算法

提出了用点声源散射场的近场信息来可视化多个三维障碍物的一种简单快速算法,它是通过利用一个线性方程组的解的三维等值线图来实现这种可视化的.这个算法的一个特别吸引人的性质是,它避开了迭代技术的应用,而且不需要关于障碍物的任何几何和物理的先验信息.此外,它只需要散射场在测量表面的某个有限范围中若干个观测点处的近场测量信息,就能得到障碍物的一个很理想的可视化.数值算例保证了这个可视化算法是有效和实用的关键词：声散射反问题物形反演     

阻抗障碍物声散射的反问题

研究了从声散射场的远场分布的信息来再现声阻抗障碍物形状的反问题,建立了求解这类反问题的一种非线性最优化模型,并提出了数值实现该非线性最优化模型的一种两步调整迭代算法.两步过程的应用使在确定未知障碍物形状的非线性最优化步中未知函数的个数达到了最少,而在调整迭代过程中,通过利用前一迭代步所得重构信息,使重构精度得到了相当大的改进.所建立的反演算法的一个特别吸引人的性质是,只需要远场分布的一个Fourier系数即可对未知声阻抗障碍物作几何物形的设别.对大量具有各种几何形状的二维障碍物的数值算例保证了本算法是实用和有效的.     

阻抗障碍物声散射的反问题

研究了从声散射场的远场分布的信息来再现声阻抗障碍物形状的反问题,建立了求解这类反问题的一种非线性最优化模型,并提出了数值实现该非线性最优化模型的一种两步调整迭代算法.两步过程的应用使在确定未知障碍物形状的非线性最优化步中未知函数的个数达到了最少,而在调整迭代过程中,通过利用前一迭代步所得重构信息,使重构精度得到了相当大的改进.所建立的反演算法的一个特别吸引人的性质是,只需要远场分布的一个Fourier系数即可对未知声阻抗障碍物作几何物形的设别.对大量具有各种几何形状的二维障碍物的数值算例保证了本算法是实用和有效的.     

三维海洋波导中散射目标快速声学远场成像

研究用声传播远场分布信息成像海洋波导环境中三维散射目标的反问题,提出一种指示器样本成像方法,在不需要预先知道散射目标的任何声学和几何特性的情况下,可以快速得到其位置、形状等几何信息的一个理想的像.数值试验表明,该方法对成像海洋波导中三维散射目标是有效的,即使在有限孔径测量方式和具有噪声测量数据时,也能够得到散射目标的一个理想成像,表明海洋波导边界的多重反射效应对成像效果具有一定的正面影响.     

三维障碍物形状反演问题的一种简单算法

研究了从声散射场的远场分布的信息,再现三维物体形状的反问题.基于将在有限个测量方向上的远场数据作加权合成的思想,提出了求解这类反问题的一种简单快速算法.在这个算法中,既不需预先知道散射体的边界类型,也不需预先知道散射体个数的信息.对有限孔径远场数据的数值算例表明了这一方法是实用和有效的.     

一维声波方程声阻抗反演问题的稳定性分析

讨论了一维声波方程的声阻抗反演问题。对于脉冲激发的情况,得到反问题适定的充分、必要条件,适定条件的形式非常简单,在实际计算中易于判定。对于子波激发的情况,由子波响应反演声阻抗通常是不适定的,不适定程度与子波的奇性有关,子波越光滑,相应的反问题的不适定程度越高。同时给出了定量的说明,为一维声波方程声阻抗反演问题的数值计算提供了理论。     

电磁散射问题的两种反演方法研究

提出了电磁散射问题的两种反演方法:确定性梯度搜索方法和MonteCarlo随机搜索方法.给出了两种方法的基本原理,并对反演性能包括对散射体的定位能力、反演精度、反演时间进行了系统的分析与比较.数值计算结果表明,确定性方法定位精确,而随机性方法对散射体电磁参数的反演精度高且速度快,利用两者优点可以增强反演效果.     

散射光谱的目标材质及比例反演研究

研究了基于散射光谱的点目标在远距离条件下表面材质及比例反演方法,旨在为空间碎片探测及预报提供数据参考。首先根据散射光谱的远距离目标探测物理模型,建立了基于散射光谱的目标参数反演物理模型,给出了基于最小二范数理论方法的目标表面材质及比例信息的反演算法,结合光源照射特性、目标材料表面光学反射特性、入射、反射及探测角等信息,利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型,表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF中对应的面积量作为待反演参数,给出了目标表面材质及比例信息的反演算法;其次进行了实验验证,搭建了室内散射光谱探测及采集系统,进行了单一材质及多种材质不同比例的目标散射光谱探测及数据采集,经过对散射光谱数据进行预处理,截取有效波长范围为400～800 nm;结合理论分析及反演算法,对于四种材质组合的样品,进行了相同和不同比例组合的材质及比例反演,等比例反演结果最小误差为0.8%。最大误差为13.6%,平均误差为4.9%;不等比例反演结果最小误差为6%,最大误为12%,平均误差为9.25%;综合以上测试结果可以得出,反演平均误差最大为9.25%,考虑到入射光源稳定性有2.89%的误差,反...     

直接优化法同时反演声波方程的两个系数

本文在时域范围内考虑一个层状半无限空间的声波方程两个系数同时反演的问题。通过构造一个偏差的平方和形式的目标泛函,声波方程系数的反演问题可以转化为一个由双曲型偏微分方程控制的优化问题。在本文中,一种直接优化的技术被用来解这个优化问题。通过寻找目标泛函的极小点,声波方程的两个系数可以方便地得到同时反演。由于直接优化法只使用了目标泛函的函数值而不用它的梯度信息,因此这种算法具有稳定、精确的优点。文中同时还给出了这种算法的稳定性定理以及数值解的例子。从数值解的情况上看,这种直接优化法反演声波方程系数的结果是令人满意的。     

一种电色散媒质的改进对比源反演方法

基于一种单极德拜(Debye)经验模型, 尝试改进其中的一种多频乘性正则化对比源反演方法, 改进的主要思路是: 从直接反演电参数差异, 改进为间接反演4种频率无关的模型参数, 即光频相对介电常数、相对介电常数差、静态电导率和弛豫时间。两个数值算例的仿真结果初步证实了改进方法的可行性和鲁棒性。     

A Riemann–Hilbert Problem for Propagation of Electromagnetic Waves in an Inhomogeneous,Dispersive Ω Waveguide

We consider the inverse scattering problem for a model of electromagnetic wave propagation in a rectangular waveguide filled with dispersive material. The waveguide is inhomogeneous in the longitudinal direction but homogeneous in the transverse directions. Dispersive properties of the material are described by a single-resonance Lorentz model. By reformulating the scattering problem in the frequency domain as a Riemann–Hilbert problem, we prove that the constitutive parameters of the inhomogeneous waveguide are reconstructed uniquely from the scattering data.     

Relevance vector machine technique for the inverse scattering problem

A novel method based on the relevance vector machine(RVM) for the inverse scattering problem is presented in this paper.The nonlinearity and the ill-posedness inherent in this problem are simultaneously considered.The nonlinearity is embodied in the relation between the scattered field and the target property,which can be obtained through the RVM training process.Besides,rather than utilizing regularization,the ill-posed nature of the inversion is naturally accounted for because the RVM can produce a probabilistic output.Simulation results reveal that the proposed RVM-based approach can provide comparative performances in terms of accuracy,convergence,robustness,generalization,and improved performance in terms of sparse property in comparison with the support vector machine(SVM) based approach.     

Investigation of titanium nitride coating by broadband laser ultrasonic spectroscopy

We present a laser ultrasonic method to investigate a titanium nitride(TiN) coating specimen.The technique is based on the principle of surface acoustic wave (SAW) dispersion during acoustic propagation on a half-space with the presence of a thin layer.Due to the high efficiency of laser line-source excitation,we have been able to generate and detect a SAW with an excellent signal-to-noise ratio in a wide frequency band.An inverse fitting algorithm was employed to extract simultaneously the thickness and the elastic parameters of the TiN coating from the experimental SAW velocity dispersion curve.     

空间声场全息重建的波叠加方法研究

提出了基于波叠加法的近场声场全息技术,并将其用于任意形状物体的声辐射分析.在声辐射计算问题中,边界元法是通过离散边界面上的声学和位置变量来实现,而波叠加方法则通过叠加辐射体内部若干个简单源产生的声场来完成.因而,基于波叠加法的声全息就不存在边界面上的参数插值和奇异积分等问题,而这些问题是基于边界元法的声全息所固有的.与基于边界元法的声全息相比较,基于波叠加法的声全息在原理上更易于理解,在计算机上更容易实现.实验结果表明：该种全息技术在重建声场时,具有令人满意的重建精度.关键词：声全息逆问题波叠加方法正则化方法     

基于支持向量机的电磁逆散射方法

为解决电磁逆散射问题,提出了一种实时逆散射方法,该方法利用支持向量机(SVM)将逆散射问题转化为一个回归估计问题. 基于SVM的电磁逆散射方法成功地解决了逆散射问题中的非线性和不适定性.利用穿墙问题测试了该方法的可行性和有效性, 测试结果表明,不论是无噪声还是有噪声的情况,该方法都能很好地对墙后目标进行探测与定位.此外, 在穿墙环境下用SVM预测模型讨论了接收天线的采样位置数对预测结果的影响.最后对多源设置下的预测误差进行了分析和研究, 研究表明,相比于单源情况多源设置有利于对墙后目标的识别.