太赫兹成像理论及时域有限差分法在其中的应用

发布时间：2020-06-26 04:34

【摘要】：太赫兹技术日益被人们所重视,它的各种特性使得它在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯,尤其是卫星通讯和军用雷达等方面有着巨大的科学价值和广阔的应用前景。在这其中,成像又是一个重要的应用方面。而与之相关的,电磁逆散射问题也愈加重要。但由于测量数据只能从有限区域获取,电磁逆散射是一类富有挑战的不适定问题,非线性和病态性是其中的两个主要困难。发展至今,尚未形成一套通用的解决方案.常用的做法是采用线性化近似结合迭代法处理非线性问题,借助正则化技术抑制病态特性。在本文中,首先对时域有限差分法的基本理论进行学习,包括数值色散、数值稳定性以及各种边界条件。然后,针对逆问题的非线性和病态性问题,本文中介绍了Born近似法和Rytov近似法来解决非线性,以及Tikhonov正则化来抑制问题的病态性。最后,本文中提出一种方法,将时域有限差分法使用在GNI方法中,利用时域有限差分法解决在电磁逆散射问题中的正问题,求解出来的时域总场可以用来计算格林函数。而在求解逆问题时,本文选择GNI方法,将原问题分解为求解GN方向和步长两个子问题,通过求解这两个子问题,实现重建。通过仿真发现,改方法有着一定的可行性。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O441
【图文】：

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太赫兹（Terhertz, Thz）波通常是指频率处于 0.1~10THz（1THz=1210 Hz），即波长处0 ~3000 m 范围内的电磁辐射波，如图 1.1 所示。从频率上看，太赫兹波处在无线电波和，毫米波和红外线之间；从能量上看，太赫兹波的能量小于电子而大于光子，介于两者。在电磁频谱上，位于太赫兹波段两端的分别是红外线及微波技术，而这两项技术都已当成熟，但对于太赫兹技术来说，相关的研究水平依旧比较低，究其原因，在于太赫兹处频段，处于宏观经典理论向微观粒子理论过渡、电子学向光子学过渡的中间区域。在中间过度区，对于太赫兹波的研究，既不适合完全运用光学理论来处理，也不适合完全波技术的理论来研究。所以在上个世纪九十年代以前，科学研究有意无意的避开这一区度被人遗忘，使得该区域被称为“太赫兹空白”。不过随着科学技术的发展，太赫兹波生和探测技术不断成熟，对于太赫兹的研究逐渐深入，现如今对太赫兹频段的研究也取不俗的成果。

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邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论随着国内各高校及研究所的不断努力，我国对于太赫兹技术的研究正逐渐步入正轨，我科研工作者也克服了重重困难，取得了非常可喜的成就。据 SCI 检索显示，2015 年内，全球范围内共发表太赫兹文献 1456 篇，其中论文量最高的国的 447 篇，其次是美国的 308 篇。图 1.2 给出了 2015 年论文数量排名前 10 的国家和及其发表论文数量。

【参考文献】