论文部分内容阅读
在过去的几十年里,由于其在军事和民事上的广泛应用前景,电磁正演和反演算法吸引了大量研究人员的兴趣,许多正演和反演算法陆续地被提出和改进。其中 biconjugate gradient fast Fouier transform(BCGS-FFT)正演算法成功地运用到了平面分层介质的电磁散射问题中,variational Born iterative method(VBIM)反演算法能够在均匀空间背景下重构出散射体的电介质参数。本文采用BCGS-FFT正演算法来求解冷的非磁化等离子体介质背景下扰动区域的散射场,采用VBIM算法重构扰动区域的相对介电常数、电导率、等离子体频率和碰撞频率。正演过程中,由于采用了弱离散,有效地降低了传统的矩量法(MoM)带来的奇异性,然后利用BCGS-FFT能够快速迭代求解出散射场,大大地提高了计算效率。反演过程中,基于每次迭代过程中BCGS-FFT快速计算出来的散射场,通过VBIM最小化求解测量到的散射场和迭代计算的散射场之间的差值,最终重构出扰动区域的相对介电常数、电导率和等离子频率。等离子体介质具有色散特性,我们采用不同的频率来进行论证,这是第一次将正反演算法应用到色散介质。在不同频率下,无论是有碰撞还是无碰撞的非磁化等离子体介质,BCGS-FFT计算的散射场与仿真软件Wavenology的仿真结果吻合的都比较理想,同时两种情况下的散射场比较结果表明,在考虑碰撞频率的情况下,在等离子体介质中传播的电磁波大大衰减了。在不同频率下VBIM重构出来的相对介电常数和电导率不同,而相应的等离子体频率则是相同的(无论是无碰撞还是有碰撞等离子体介质),碰撞频率也是相同的(有碰撞等离子体介质),这充分论证了其色散特性。除此以外,无论扰动区域相对背景的对比度为正还是为负,VBIM都能够重构出散射体的电参数和等离子体参数,重构的散射体的形状、大小和位置也跟真实值非常接近。本文成功地解决了冷的非磁化等离子体介质背景下扰动区域的散射和逆散射问题,对讨论复杂背景下的散射和逆散射问题具有重要意义。