微波成像逆散射問題數(shù)值分析和計(jì)算.pdf

1、與其他成像技術(shù)相比，微波成像具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。如與X射線成像技術(shù)比較，由于具有識別人體組織電磁特性參數(shù)微小變化的能力，微波成像技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)早期癌變或軟組織損傷，進(jìn)而提高惡性腫瘤的診斷率和治愈率、延長病人的生命；而與磁共振成像技術(shù)相比，微波成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是整個成像系統(tǒng)的造價非常低。此外，微波成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁輻射與日常生活中廣泛使用的手機(jī)的電磁輻射相當(dāng)，不會對人體的組織、器官造成損害。因此，微波成像系統(tǒng)目前已經(jīng)受到各國學(xué)者和工程界的

2、普遍關(guān)注和重視，被認(rèn)為是理想的數(shù)字化醫(yī)療診斷設(shè)備之一。因而，微波成像不僅具有重要的理論研究價值，也具有廣闊的工程應(yīng)用前景。本文研究了微波成像逆散射問題的數(shù)值計(jì)算方法和技術(shù)。利用最小二乘法將電磁逆散射問題轉(zhuǎn)化為非線性數(shù)學(xué)規(guī)化問題；在正問題的分析計(jì)算方面，提出了散射場計(jì)算的二階玻恩近似法和基于三維仿真軟件HFSS的三維有限元方法：在逆問題的求解算法研究中，提出了一種改進(jìn)的禁忌搜索算法。在此基礎(chǔ)上通過禁忌算法與腳本語言的混合編程開發(fā)了三維微波

3、成像數(shù)值分析軟件。本文將電磁散射逆問題抽象成基于最小二乘的非線性全局最優(yōu)化問題。在正問題的處理上，本文創(chuàng)造性的利用MATLAB語言和三維仿真軟件HFSS的腳本編程進(jìn)行三維建模，充分利用兩者在不同領(lǐng)域的計(jì)算優(yōu)勢，從而獲得更加精確的外圍散射場；在逆問題的解決過程中，本文首先從多個方面改進(jìn)了傳統(tǒng)禁忌算法，提出了一種改進(jìn)的禁忌算法。并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了禁忌算法與腳本語言的混合編程。仿真實(shí)驗(yàn)證明，本文方法在解決二維以及較復(fù)雜三維非線性成像問題時，

4、在收斂速度以及求解精度都具有突出的優(yōu)勢，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價值。本研究分為五個部分：
　　 第一章主要介紹了本課題的背景及意義，簡單概述了微波成像技術(shù)研究的現(xiàn)狀以及本文所要進(jìn)行的相關(guān)研究。
　　 第二章重點(diǎn)介紹了微波成像中的電磁逆散射問題的分析、計(jì)算方法以及散射場的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上參照二階玻恩近似技術(shù)對散射場進(jìn)行簡化處理并且提出問題的數(shù)學(xué)模型。
　　 第三章重點(diǎn)介紹禁忌算法的一般原理，在此基礎(chǔ)上做出了一系列的

5、改進(jìn)，然后基于改進(jìn)的禁忌搜索算法和2BA近似模型，提出了一種微波成像電磁場逆問題的計(jì)算方法，最后通過實(shí)例計(jì)算展示了說明了該方法的求解效果。
　　 第四章首先簡要介紹了HFSS軟件進(jìn)行散射場計(jì)算的原理，然后重點(diǎn)研究了微波成像逆散射分析中散射場計(jì)算的具體實(shí)施過程，最后介紹了HFSS的腳本語言及其相關(guān)應(yīng)用。
　　 第五章主要給出了本文計(jì)算方法在三維單散射體仿真模型以及多個強(qiáng)散射體仿真模型的數(shù)值仿真結(jié)果，包括在同樣模型中與其他算