پایان نامه برق مخابرات میدان:تشخیص تومورهای سرطانی در بافتهای بیولوژیک با استفاده از تصویربرداری ماکروویو |
 |
دو تکنیک در تصویربرداری مایکروویو در یک محیط ناهمگن تصادفی شامل پراکنده کنندههای نقطهای نشان داده شده است. محیط ناهمگن تصادفی درنظرگرفته شده بر اساس تغییرات مکانی نفوذپذیری خاک میباشد. اثر پارامترهای یک محیط ناهمگن تصادفی بر روی مقادیر ویژه و بردارهای ویژهی اپراتور معکوس زمانی برای دو هدف نزدیک به هم مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه، به مسألهی تصویربرداری ماکروویوی با استفاده از تکنیک TR-MUSIC در حالت کلی، جنبهی ویژه و کاربردیاش را اضافه نموده و آن را به سوی مسألهی «تصویربرداری از پشت دیوار» هدایت مینماییم. اثرات پلاریزاسیون با استفاده از این تکنیک در این مثال کاربردی مورد شبیه سازی و تحلیل قرار میگیرد، همچنین در این راستا نشان داده میشود که این تکنیک حتی برای حالتی که دیوار دارای تلفات شدید باشد، نتایج قابل قبولی را بدست میدهد. در نهایت به ردیابی هدف در پشت دیوار با استفاده از تکنیک TR-MUSIC پرداخته خواهد شد.
واژه‌های کلیدی
تصویربرداری ماکروویو، تکنیکهای DORT و TR-MUSIC، محیط تصادفی پیوسته، پلاریزاسیون، موقعیتیابی هدف از پشت دیوار.
فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 تصویربرداری الکترومغناطیس 2
1-2 تصویربرداری ماکروویو 3
1-3 مروری بر پیشینهی تکنیکهای Time-Reversal 5
1-4 دور نمای پایان نامه 6
فصل 2: تکنیک معکوس زمانی وضوح بالا 8
2-1 مقدمه 9
2-2 Time-Reversal 9
2-3 تئوری Time-Reversal 12
2-4 معرفی آزمایشگاه عددی برای پیاده سازی Time-Reversal 13
2-5 مدلهای محیط تصادفی 14
2-6 تنظیم محاسباتی 16
2-7 نتایج عددی 16
2-7-1 اثرات محیط تصادفی گسسته 17
2-7-2 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 19
2-7-3 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 19
فصل 3: تصویربرداری با تحلیل عملگر وارون زمانی 21
3-1 مقدمه 22
3-2 تجزیه
ی ماتریس عملگر زمانی 25
3-3 روش DORT 29
3-3-1 شبیه سازی DORT 30 3-4 روش TR-MUSIC 35
3-5 نتایج شبیه سازی در محیطهای تصادفی 41
3-5-1 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 41
3-5-2 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 42
فصل 4: تصویربرداری در حضور مانع 46
4-1 مقدمه 47
4-2 بررسی اثر پلاریزاسیون در وضوح تصویر 47
4-2-1 بررسی مد 48
4-2-2 بررسی مد 49
4-3 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشنبندی در داخل اتاق بر TWI 53
4-3-1 تأثیر دیوار بتن مسلح 53
4-3-2 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشن بر TWI 55
4-4 ردیابی اهداف متحرک در پشت دیوار 55
4-5 نتیجهگیری 59
4-6 تحقیقات آینده 60
مراجع 62
فهرست شکل ها
شکل (1-1) هندسهی MWT 4
شکل (2-1) مرحلهی forward propagation 11
شکل (2-2) مرحلهی backpropagation 11
شکل (2-3) شبکهی سه بعدی FDTD در الگریتم Yee 13
شکل (2-4) لایههای CPML استفاده شده در FDTD سه بعدی 14
شکل (2-5) الف- محیط همگن با ( ). ب- محیط ناهمگن ( ). ت- محیط ناهمگن ( ). ث- محیط ناهمگن ( ) 17
شکل (2-6) مشتق اول پالس BH در: الف- حوزهی زمان، ب- حوزهی فرکانس 18
شکل (2-7) الف- محیط همگن. ب) محیط با دیوارههای PEC 18
شکل (2-8) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع اول 19
شکل (2-9) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع دوم 20
شکل (3-1) عمل DORT 23
شکل (3-2) شمایل کلی بدست آوردن و بردار گردشی (در حالت نادیده گرفتن پراکندگی چندگانه بین پراکندکنندگان) 26
شکل (3-3) برای پراکنده کنندههای نقطهای و کاملا مجزا، هر مقدار ویژه غیر صفر و بردار ویژه متناظر با آن در عملگر TRO به یک پراکنده کنندهی خاص در محیط مربوط میشود. به عبارتی هر بردار ویژه با بردار گردشی که پراکنده کننده را به آرایه آنتن وصل میکند، متناسب میباشد 30
شکل (3-4) الف- مقادیر ویژه بر حسب فرکانس. ب- کلیهی مقادیر ویژه در فرکانس 1GHz 32
شکل (3-5) الف- تمرکز بر روی اولین پراکنده کننده. ب- تمرکز بر روی دومین پراکنده کننده. پ- تمرکز بر روی هر دو پراکنده کننده 33
شکل (3-6) الف- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه اول. ب- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه دوم 34 شکل (3-7) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل DORT 34
شکل (3-8) حالتهای کاملا مجزا برای دو پراکنده گر با N=3. الف- کاملاً مجزا: هر بردار ویژه متناسب با یک بردار تابع. ب- غیر مجزا: بردارهای ویژه متناسب با جمع جبری چند بردار تابع گرین در فضای سیگنال میباشد 35
شکل (3-9) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندههای استوانهای در محیط همراه با آنتنهای آرایه وارون زمانی در حالت پراکنده کنندهای کاملاً مجزا 38
شکل (3-10) الف- مکانیابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC در فرکانس مرکزی . ب- مکانیابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC برای کلیهی فرکانسها 38
شکل (3-11) مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 1GHz. ب- مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 2GHz 39
شکل (3-12) مکانیابی جسمها با استفاده از TR-MUSIC برای حالت غیر مجزا بودن پراکنده کنندگان دیگر در مجموع همهی فرکانسها 40
شکل (3-13) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل TR-MUSIC 40
شکل (3-14) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندهها در محیط ناهمگن تصادفی با گذر دهی میانگین
41
شکل (3-15) نگارش تصویر با استفاده از TD-DORT، و برای مقدار ثابت . الف- ، ب- ، پ- 42
شکل (3-16) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ- 43
شکل (3-17) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ- 44
شکل (3-18) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ- 45
شکل (4-1) هندسه مسأله TWL 48
شکل (4-2) تصاویر بدست آمده الف- با روش DORT. ب- یا روش TR-MUSIC 50
شکل (4-3) تصاویر بدست آمده با استفاده از روش DORT الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 51
شکل (4-4) تصاویر استخراج شده با استفاده از تکنیک TR-MUSIC الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 52
شکل (4-5) مقطع دیوار بتن مسلح 53
شکل (4-6) تصاویر بدست آمده با روش TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله. الف- . ب- . پ- 54
شکل (4-7) هندسه مسأله برای تصویربرداری پشت دیوار در حضور پارتیشنهایی در داخل اتاق 55
شکل (4-8) تصویر تشکیل شده با TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله و اتاق پارتیشن بندی شده. الف- . ب- . پ- 56
شکل (4-9) هندسهی مسألهی هدف متحرک 57
شکل (4-10) تصویر تشکیل شده با MDM تفاضلی با استفاده از TR-MUSIC 58
فصل 1
مقدمه
1-1 تصویربرداری الکترومغناطیس
تصویربرداری الکترومغناطیس با استفاده از فرکانس رادیویی (RF)، ماکروویو و یا سیگنالهای نوری، به دلیل ویژگیهای منحصربه فرد خود به عنوان یک ابزار تشخیصی همواره مورد استفاده بوده است. تصویربرداری الکترومغناطیس توجه زیادی را به خود جلب کرده است و بنابراین تحقیقات گستردهای در این زمینه انجام شده است، که علّت آن، تنوع و تناسب این روش تصویربرداری برای کاربردهای وسیع آن میباشد. برای مثال، تصویربرداری ماکروویو (MWI)[1] در تست غیر مخرب (NDE)[2]، برای تشخیص عیب در مواد واندازهگیری کمیتهای فیزیکی به کار گرفته شده است ]1 [. همچنین برای توصیف مواد مانند تعیین اجزای تشکیل دهنده و ارزیابی تخلخل[3] میتواند استفاده شود. در کاربردهای نظامی، توانایی نفوذ امواج الکترومغناطیس در مواد دی الکتریک باعث استفاده از آنها در بازجوییهای نظامی شده است ]2[. در کاربردهای هوا و فضا، برای تشخیص ترک بر روی بدنهی هواپیما استفاده میشود ]3[. در زمینه اکتشافات جغرافیایی، MWI در تشخیص از راه دور برای شناسایی تونل، بقایای دفن زباله و مینهای زیر زمینی منفجر نشده به کار گرفته میشود ]4 [. در کاربردهای مهندسی عمران و صنعت، MWI برای ارزیابی یکپارچگی ساختار جادهها، ساختمانها و پلها میتواند مفید واقع شود ]5[. در حال حاضر، در زمینه پزشکی، سیستمهای MWI برای تصویربرداری بیولوژیکی[4] غیر تهاجمی ارائه شده است ]6[.
از این لیست کوتاه و ناقص، آشکار است که دامنه تصویربرداری الکترومغناطیسی گسترده است و برای آن کاربردهای بسیاری در زمینههای مختلفی میتواند یافت شود. در برخی از این کاربردها، تنها نیاز به اطلاعات کیفی در مورد جسم تحت آزمون است، در حالی که در بسیاری از موارد، مانند کاربردهای مین روبی[5]، بررسی باستان شناسی غیر تهاجمی و یا تصویربرداری پزشکی، نیاز به اطلاعات کمی در مورد جسم هدف است که با استفاده از خواص دی الکتریک[6] میتواند تعیین شود. این خواص دی الکتریک، رسانایی ( )[7] و گذردهی نسبی ( )[8]، با استفاده از انتقال، انعکاس و میرایی سیگنالهای ماکروویو در هنگام عبور از جسم تعیین میشوند.
1-2 تصویربرداری ماکروویو
تصویربرداری ماکروویو عبارت از هدایت و انجام یک سری اندازهگیریهای الکترومغناطیس در باند ماکروویو، بر روی یک شیء و سپس استخراج پارامترهای مهم نظیر شکل و موقعیت آن شی از دادههای حاصل شده، است. پیش از ابداع چنین روشی، استفاده از اشعهی ایکس[9] روش متداول در تصویربرداری از اشیاء غیر قابل رویت بود. امّا تصویر حاصل با استفاده از این پرتو با خطا همراه است و همچنین یک روش تصویربرداری تهاجمی به حساب میآید. در این صورت ایدهی استفاده از امواج الکترومغناطیس جهت تصویربرداری مطرح گردید. دلیل استفاده از پالسهای با پهنای باند وسیع (UWB)[10] به جای سیگنالهای تک فرکانس یا در یک محدودهی فرکانسی خاص، کاهش مشخصهی انعکاسهای داخلی اشیاء مورد پرتو دهی است، در این صورت استفاده از امواج الکترومغناطیس توجیه میشود. استفاده از تصویربرداری ماکروویو در زمینههای مختلف در حال افزایش میباشد ولی به دلیل ضعف در ارائهی الگوریتمهای جامع و کاربردی، هنوز نیاز به توسعهی بیشتر دارد.
در حالت کلی روش MWI را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:
MW Tomography (MWT)
فرم در حال بارگذاری ...
|
[جمعه 1398-07-26] [ 11:21:00 ق.ظ ]
|
