عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی و بهینه سازی یک سیستم تصویربرداری مایکروویو در حوزه فرکانس
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2205;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57280
- تاریخ دفاع
- ۱۴ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- امیر میربیک سبزواری
- استاد راهنما
- رضا فرجی دانا
- چکیده
- این پایان‌نامه، یک کار تحقیقاتی در حوزه تصویربرداری یا پرتونگاری مایکروویو می‌باشد که در آن هدف پیدا کردن مشخصه عایقی جسم تحت بررسی بوسیله اندازه‌گیری‌های مایکروویو جمع‌آوری شده خارج از آن جسم است. تمرکز اصلی این پژوهش بر روی پیشرفت فرآیند جمع‌آوری و کالیبره کردن داده مورد نیاز برای حل مسئله وارون پراکندگی الکترومغناطیس مرتبط با پرتونگاری مایکروویو است. در حوزه مسائل پرتونگاری مایکروویو دوبعدی، تابش مورد نظر ما است و به منظور حل مسئله وارون، از روش بهینه‌سازی استفاده می‌شود. پس از ارائه فرمول‌بندی مسئله مستقیم و وارون در بستر یک مسئله بهینه‌سازی غیرخطی، جزئیات استفاده از الگوریتم وارون گوس-نیوتن برای حل این مسئله ارائه و از منظم‌ساز ضربی برای برطرف کردن بد-طرح بودن آن در بستر این الگوریتم استفاده می‌شود. دو روش برای کالیبره‌کردن و جمع‌آوری داده مورد نیاز مسئله را بررسی می‌کنیم. از آنجا که این روش‌های آورده شده در ادبیات، بدون هیچ اثبات تئوری آمده‌اند، در این پایان‌نامه به فرمول‌بندی دقیق برای دو حالت دوبعدی و سه‌بعدی فرآیند کالیبره‌کردن داده پرداخته می‌شود. داده‌های بدست‌آمده از این دو فرمول‌بندی با داده‌های دقیق، از طریق دو چیدمان شبیه‌سازی مقایسه شده‌اند. در نهایت جهت ارزیابی دقت و صحت روش مورد استفاده برای حل مسائل مستقیم و وارون چندین شبیه‌سازی عددی انجام گرفته است و نتایج بدست آمده، دقت و توانایی این روش را نشان می‌دهند. برای سیستم پرتونگاری مایکروویو خود، تفکیک‌پذیری را بررسی می‌کنیم و حد تفکیک آن را به صورت عددی بدست می‌آوریم. همچنین یک چیدمان آزمایشگاهی برای مسئله پرتونگاری مایکروویو انجام می‌پذیرد. نتایج آزمایشگاهی نیز صحت روش کالیبره‌کردن مورد استفاده برای کالیبره‌کردن داده و همچنین الگوریتم مورد استفاده برای حل مسئله وارون را تأیید می‌کنند
- Abstract
- This thesis reports on the research carried out in the area of microwave tomography where the goal is to find the dielectric profile of an object of interest by using field measurements in the microwave frequency band, collected by probes located outside the object. The main focus of this research is on the development of data collection and calibration methods which are necessary for solving the electromagnetic inverse scattering problem associated with the microwave tomography. For two dimensional microwave tomography problems, the transverse magnetic (TM) polarization is considered. First the forward field problem is formulated and solved, then the inverse problem is represented in terms of a nonlinear optimization problem which is solved by using the well-known Gauss-Newton algorithm. The Multiplicative regularization is employed to tackle with the ill-posedness of the Gauss-Newton inversion algorithm. Two types of calibration techniques, i.e. incident and scattered field calibrations are presented. Theoretical proofs of data calibration for two and three dimensional problems are given. The data obtained from these formulations are then compared with the exact solutions of two different simulation setups. Good agreements are observed. To examine the accuracy of the proposed method, numerical results for some canonical two dimensional targets are presented. The results illustrate the accuracy of the proposed method in solving forward as well as inverse scattering problems. A one thirtieth of wavelength resolution limit for recognizing two adjacent cylindrical bodies is achieved by using the proposed system. Finally, the proposed microwave tomography system is implemented in a practical experimental setup. The experimental results conform well to the simulated results.
