基于时间反演电磁波近场超分辨率特性的微波无损检测研究

How to ultilize the rich informations, carried by electromagnetic wave in the near-field region of target, to reverse the fine structure characteristics is a hot research in detection and imaging. It is also a challenging fundamental research. In this project, the near-field super-resolution focusing characteristics of the multiscale targets with subwavelength micro-structures will be researched based on time-reversal electromagnetics. And it will be applied to nondestructive evaluation for the targets with fine structures. The researches are including:(1)the key technique of efficiently getting and transporting near-field super-resolution informations to the far-field imaging devices, (2)the research on time reversal super-resolution imaging algorithm with high efficiency, high accuracy, and high stability, (3)experimental verification for the near-field super-resolution nondestructive evaluation of multiscale targets with fine structures by time-reversal technique. By theoretical analysis, electromagnetic simulati on and experimental verification, the reliable theoretical analysis, high efficency detective method, high performance imaging algorithms, and some initial models verified by principle experiments will be provided for nondestructive evaluation based on the time reversal near-field super-resolution characteristics.

如何利用目标体近场电磁波所携带的丰富信息反演目标精细结构特征是探测与成像领域的研究热点，也是极富挑战性的基础性研究课题。本项目旨在基于时间反演电磁波的近场超分辨率聚焦特性，研究含亚波长微结构的多尺度目标近场电磁特性，并将其应用到含精细结构目标的无损检测之中。研究包括：(1)将近场超分辨率信息有效获取并传递到远场成像设备的关键技术；(2)高效、高精度、高稳定性的时间反演超分辨率成像算法；(3)基于时间反演技术对含精细结构的多尺度目标进行超分辨率无损检测的实验验证。通过理论分析、电磁仿真、实验验证，为时间反演电磁波近场超分辨率无损检测提供可靠的理论分析依据、高效的探测方法、高性能的成像算法以及经过原理性实验验证的初始模型。

如何利用目标体近场电磁波所携带的丰富信息反演目标精细结构特征是探测与成像领域的研究热点，也是极富挑战性的基础性研究课题。本项目基于时间反演电磁学，研究了含亚波长微结构目标体的超分辨率特性，并将其应用到对亚波长目标的快速、准确电磁成像中。主要研究包括：(1)基于解析计算和电磁仿真明晰了模式转换的机理并掌握调控理论；以高效高精度的亚波长微结构阵列电磁特性分析及综合方法为手段，研究设计了金属丝微结构阵列、光栅、H型分形槽阵列等高性能的模式转换结构，可对1/20波长亚波长目标进行远场超分辨率电磁成像。相关成果推动了研究由感性认识积累向理性分析设计深入。（2）针对已有成像算法的不足，基于时间反演技术研究了适用于含亚波长微结构的多目标的高效、高精度、高稳定性超分辨率TR-ESPRIT、快速混合子空间和TR最小范数成像算法，在效率和内存占用上得到了很好提高，可以满足复杂媒质、多径丰富等复杂情况下无损检测、穿墙雷达、探地雷达等系统的更高要求。（3）从数值仿真和实际试验两个方面搭建了典型的时间反演电磁成像实验系统，对含亚波长微结构的目标进行超分辨率成像实验验证，有效验证了本项目所采用方法的准确性。