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.     

半空间三维目标的快速声学成像

研究了从声散射场的远场分布的信息来再现半空间三维目标几何特征信息的反问题,提出了求解这种非线性不适定问题的一种简单快速算法。该方法的一个特别的性质是只需要通过一个不适定的线性方程组求解,即可简单快速地得到半空间中三维目标几何特征信息的一个清晰的像,而且目标的个数和边界条件的类型等几何与物理的先验信息在本算法中都是不需要的。数值算例保证了本算法的有效性。     

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.     

基于周期结构负反射的远场增强成像研究

远场高分辨率成像是近几年来声学和光学领域的研究焦点之一, 倏逝波无法在介质中传播成为将高分辨率成像带入远场的最大困难.本文提出了一种均匀排列的散射钢柱构成的超构散射体成像方式, 利用周期结构负反射现象将倏逝波信息转化为可传播波来增强成像.有限元数值模拟被用来研究和验证该方案的可行性, 结果显示波长3.4 mm的声波可以在20 cm外的远场获得大约0.6个波长的成像分辨能力. 通过减小散射体的晶格常数有希望达到更高分辨率成像.     

声速不均匀介质的光声成像重建算法

为提高声速不均匀介质的光声成像精度,提出一种基于反卷积的光声成像重建算法.本算法不需预先知道介质的声速分布.先通过探测到的光声信号构造出一个新函数,并用不同位置探测到的光声信号间的相关性来估计空间两点间的声波传播时间,以补偿声速的不均匀性.然后基于反卷积方法由该函数解出待测组织内的电磁波吸收分布.仿真研究结果表明,当介质声速差异在10%以内时,重建图像能正确反映待测目标的大小、位置和电磁波吸收系数,算法具有良好的抗噪性能.由于生物软组织内的声速差异一般小于10%,因此本算法是一种有效的光声成像重建算法.     

基于宽带立体超透镜的远场超分辨率成像

为突破传统衍射极限实现远场超分辨率成像,提出了一种微波频段宽带立体超透镜用于目标远场超分辨率成像.该透镜可将携带着目标超分辨率信息的凋落波分量转换为传播波分量辐射到远场,进而可在远场接收这些信息并用于超分辨率成像.分别从频域和时域两方面对该透镜的超分辨率特性进行验证.在频域,利用多重信号分类算法对借助于该结构的扩展目标实现了λ/12的远场超分辨率成像,大幅度提升了成像效果.在时域,结合时间反演技术,验证了带宽提升对空间超分辨率聚焦特性带来的明显优势.     

利用散斑空一时相关性测散射体的慢运动

本文研究了利用远场动态散斑的空-时相关性测量散射体运动速度矢量的理论和实验技术.作者在推导出远场动态散斑空-时相关函数的基础上,提出并建立了一种新的微机辅助检测系统.利用它从实验上证明了在单高斯光照明、散射体平动情况下运场动态散斑的空-时相关性,以及空-时相关的差分与运动速度之间的线性关系.通过测量动态散斑的空-时相关性获取散射体的运动速度矢量.实验结果与理论分析吻合.     

求解声点源散射物形重构问题的一个新方法

研究了从声点源散射的近场信息再现散射体物形的一类逆问题。提出了数值求解这类问题的基于求解一个不适定的线性积分方程及一个适定的非线性最优化问题的分离式两步算法。数值结果表明了本算法对任意形状的二维散射体均能得到很理想的效果．     

基于非局部约束球面反卷积模型的纤维追踪算法

基于扩散磁共振成像的纤维追踪技术为非侵入性观测脑白质结构提供了有力的手段，约束球面反卷积作为一种多纤维追踪模型，能够对体素内纤维的方向信息进行建模，进而实现脑纤维的重构.针对约束球面反卷积模型的不适定性以及细节信息丢失问题，本文在约束球面反卷积的基础上，结合邻域信息和分数阶正则化，提出了一种基于非局部约束球面反卷积模型的确定型纤维追踪算法，分数阶的非局部特性使得纤维方向分布模型估计的误差更小，而邻域信息的引入保证了空间一致性，可以减少噪声的影响.分别利用模拟数据、人脑实际数据对本文算法及基于约束球面反卷积的确定型纤维追踪算法作对比实验，结果表明，利用本文算法追踪的纤维不仅整体视觉效果上较整洁，而且对交叉纤维的重建结果更完整准确.     

三维可穿透目标远场声波反演的一种指示器样本方法

提出了用时谐声散射场的远场信息来可视化三维可穿透目标的一种指示器样本方法,它是通过析取一个指示器函数在包含可穿透目标的某个样本区域中的支集来实现这种可视化的,其中,这个指示器函数在可穿透目标的内部和外部有显著不同的取值.这个算法的一个特别吸引人的性质是不需要关于障碍物的任何几何和物理的先验信息,并且只需要散射场在某个有限孔径中若干个入射和测量方向上的远场信息,即可得到可穿透目标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     

粗糙表面相关结构对远场散斑相位差统计性质的影响

假设弱散射体粗糙表面高度起伏服从高斯统计，在表面高度起伏分别服从高斯相关，指数相关，圆形相关的情况下，分析了由弱射体产生的远场高斯斑场相位差的条件统计分析。     

等离子体覆盖立方散射体目标雷达散射截面的时域有限差分法分析

采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）算法计算了均匀非磁化等离子体覆盖三维立方体目标的散射特性.分析了等离子体厚度、密度和碰撞频率对雷达散射截面（RCS）的影响.计算结果表明：等离子体包层能有效地减小雷达目标的RCS，当等离子体频率比入射电磁波频率小得多时，主要靠增大等离子体的厚度使立方散射体目标的RCS值减小，增大等离子体碰撞频率对立方散射体目标的RCS值影响不大；当等离子体频率约为入射电磁波频率的一半时，增大等离子体厚度和碰撞频率都对立方散射体目标的RCS值减小有影响；当等 关键词： FDTD算法 电磁波 等离子体隐身 雷达散射截面     

带源参数的热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求带有源参数的一维热传导反问题，推导了相应的离散方程.与其他基于网格的方法相比，有限点法采用移动最小二乘法构造形函数，只需要节点信息，不需要划分网格，用配点法离散求解方程，可以直接施加边界条件，不需要在区域内部求积分，减小了计算量.用有限点法求解热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点.最后通过算例验证了该方法的有效性.     

盲目反卷积光谱图超分辨复原算法

反卷积是实现光谱图超分辨复原的重要手段,与常规反卷积相比,盲目反卷积具有不需要预先准确获取卷积核函数的优势。着眼于充分利用光谱信号的特点和已有的光谱图反卷积成果,详细讨论了空域迭代盲目反卷积方法用于光谱图反卷积时的算法实现问题,并在分析光谱图卷积退化过程的基础上,针对光谱图反卷积算法特点,提出了光谱图卷积退化简化计算模型和最小二乘高斯拟合模型,以解决算法中相应的计算问题。基于Matlab平台的仿真表明,对于所用的高斯型谱线和点扩散函数,空域迭代盲目反卷积算法效果良好,在信噪比为50 dB时,分辨率提高约30％。     

基于改进支持向量机的水声目标-杂波不平衡分类研究

针对水声目标-杂波数据集在有限样本下的类不平衡特性,导致代价敏感支持向量机难以逼近贝叶斯最优决策的问题,本文提出了一种基于能量统计(Energy statistics)方法的支持向量机(En-SVM)。该算法通过度量原始数据空间与有限样本空间特征函数之间的加权平方距离,量化少数类样本不完全采样过程中的信息损失,来补偿再生核希尔伯特空间中机器学习算法所需的少数类分类信息,增加少数类样本对决策的影响力。实验结果表明,En-SVM能够在保持高检测概率的同时获得较低虚警概率,即通过分类可以排除大量的杂波,性能优于标准支持向量机和代价敏感支持向量机,能够有效处理水声不平衡数据的分类问题,实现主动声呐信号处理中的杂波抑制。     

基于拟牛顿法的连铸结晶器热传导反问题求解

在实际的工业过程中,热传导反问题广泛的存在于各个应用领域。由于连铸的生产环境恶劣,给连铸钢坯的测温造成了很大的困难,导致连铸结晶器热传导反问题的求解是很困难的。在研究了热传导反演算法的基础上,基于连铸结晶器的有限的测量点,通过热传导反演算法可以求出结晶器的热流密度,给连铸的优化和控制提供依据。在建立了连铸热传导反问题模型的基础上,提出了基于拟牛顿法的连铸结晶器热传导反问题求解的改进算法,该算法可以有效的利用当前搜索过程中的信息,通过近似目标函数的二阶导数来加快算法的搜索效率,采用了Wolf步长选择规则克服了算法收敛速率慢的缺点,并且该算法无需计算Hessen矩阵,能够有效降低计算的复杂度。实验结果表明该算法能够快速有效的求解该问题。该方法用于连铸结晶器热传导反问题是可行的、有效的。     

一种水下远程目标探测的方法

提出了通过估计目标反向散射系数来探测水下远程目标的一种方法。把估计目标及其附近散射体的反向散射系数构成的序列转化为海洋信道这一带乘性噪声系统的反卷积估计,并给出了最优反卷积算法。在加性噪声和乘性噪声前两阶矩未知的情况下通过建立系统状态滤波和时变噪声统计量交替估计的自适应状态滤波器,给出了自适应反卷积算法。利用上述两种反卷积算法分别对低信噪比(-6.1 dB)微弱信号进行仿真处理,仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

小尺寸平面源的误差分析

基于Helmholtz方程的严格远场解，讨论了大发散角光辐射远场振幅和相位对于源包络扰动的依赖关系，并推导了远场振幅、相位误差公式．结果表明，远场振幅和相位误差必须用源的“误差面积”来描述；在远场主要辐射区（即傍轴区），振幅和相位对于源包络扰动不敏感，而在远轴区较敏感． 关键词：     

基于变形镜面形的多帧相位反演算法研究

为了准确利用远场得到近场相位分布,提出了多帧相位反演算法.这是一种利用多个远场以实现传统Gerchberg-Saxton(G-S)算法的相位反演方法,其中的新远场是通过叠加已知像差到待测像差后产生的.在此算法的基础上,提出以变形镜面形来实现反演的方法,并通过数值仿真和实验验证了这种基于变形镜面形的多帧G-S相位反演方法的可行性.仿真结果同时还表明,采用4个变形镜面形产生相应的远场,平均仪需50次的迭代便可反演出不同D/r0数值的大气像差,这些反演的像差与其对应待测像差之间的差别的均方根值平均小于0.005 λ.