Imaging in layered media
Tabakali ortamlarda görüntüleme
- Tez No: 837240
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ YAPAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Tabakalı ortamlarda gömülü cisimlerin tespiti ve görüntülenmesi geniş bir araştırma ve uygulama alanıdır. Yüzey altının ve duvar arkasının görüntülenmesi sırasıyla iki tabakalı ve üç tabakalı ortam problemlerinin tipik iki örneğidir. Bu ikisinin aksine, duvar içinin görüntülenmesi problemi ise kendine literatürde görece az yer bulan bir alan olarak kalmıştır. Duvar içinin ve arkasının görüntülenmesi problemleri birbirleriyle son derece ilişkili farklı iki problem olmasına rağmen duvar içinin görüntülenmesi problemi, üzerinde belirgin şekilde az çalışılan bir alan olagelmiştir. Bir yapının veya uzayda belirlenmiş bir oylumun görüntülenmesi amacıyla, radar teknikleri ve ters saçılma algoritmalarının yanı sıra direkt metodlar da kullanılmaktadır. Direkt metodlar aracılığıyla görüntüleme, birçok çalışmanın yapıldığı bir araştırma alanı olagelmiştir. Bunlara örnek olarak çoklu sinyal sınıflandırması (İng. multiple signal classification) metodu, lineer örnekleme (İng. linear sampling) metodu, faktörizasyon (İng. factorization) metodu ve nokta kaynak (İng. point source) metodu verilebilir. Ayrıca, ters zaman göçü (İng. reverse time migration) metodu da öne çıkan diğer bir direkt metoddur ve bu tezde bu metodun duvar içinin görüntülenmesindeki başarımı incelenmiştir. Bu tezde, literatürde kendine az yer bulan duvar içine gömülü cisimlerin görüntülenmesi problemi ele alınmıştır. Amaç, duvar içine gömülü cismin geometrik özelliklerinin ters zaman göçü metodu aracılığıyla elde edilen informasyon fonksiyonundan yararlanılarak görüntülenmesidir. Bunun için, görüntüleme bölgesinde seçili herbir noktada bu informasyon fonksiyonu ayrı ayrı hesaplanır. Söz konusu bu informasyon fonksiyonu ilgili noktadaki gelen alan verisi ile saçılan alanın geri yayılımından elde edilen verinin korelasyonu olarak tanımlanır. Ters zaman göçü metodunun duvar içi görüntülemedeki etkinliğini yalnızca tek bir deneyden elde edilen veriler üzerinden ifade etmek anlamlı değildir. Bu durum ayrıca yanıltıcıdır. Bu nedenle metodun farklı birçok durum için test edilmesi gerekir. Monte Carlo simülasyon şeması bunun için son derece uygundur. Bu kapsamda, temel bir senaryoyu esas alan ve çeşitli parametrelere bağlı olarak değişen farklı birçok deney tasarlanmış ve metodun başarısı herbiri için ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Gömülü cisim için farklı malzeme tipleri, konumlar ve yapısal özellikler belirlenmiştir. Deneyler, hem dielektrik hem de mükemmel iletken cisimler için gerçekleştirilmiştir. Diğer bir deyişle hem zayıf hem de güçlü saçıcılar için metodun performansı analiz edilmiştir. Deneylerin gerçekleştiriminde farklı aydınlatma ve ölçüm noktaları, çalışma frekansları ve ortam gürültü düzeyleri kullanılmıştır. Metodun duvar içi görüntülemedeki etkinliğini anlamlandırabilmek için bunu karşılaştırmalı bir şekilde yapmak gerekir. Bu amaçla, oluşturulan bu deney seti aynı senaryo çerçevesinde serbest uzay durumu için de gerçekleştirilmiştir. Ters saçılma uygulamalarında dikkatle sakınılması gereken en önemli hususlardan biri inverse crime olarak adlandırılan sorundur. Inverse crime terimi, düz saçılma probleminde yapılan sistematik bir yanlışlığın, aynı ya da benzer şekilde ters saçılma probleminde de yapılması sonucu uygulamadan başarılı sonuçlar elde edilmesi olarak tanımlanabilir. Inverse crime genellikle sentetik veri ile çalışırken ortaya çıkar çünkü aynı bir sistematik yanlışlığın hem düz problemde hem de ters problemde yapılmış olması olasılığı çok daha fazladır. Açıktır ki bu şekilde elde edilen sonuçlar hileli (İng. trivial) ve başarım ise anlamsızdır. Bu sorunun ortaya çıkmasını etkin bir şekilde engellemek için ilk olarak düz saçılma probleminin doğruluğunun garantilenmesi gerekir. Düz saçılma probleminin doğruluğu garantilenmedikçe gerçekleştirilen ters saçılma veya görüntüleme uygulamasının hiçbir geçerliliği yoktur.
Özet (Çeviri)
Detection and imaging of obstacles embedded in a stratified medium find a wide application area including underground imaging and through-wall imaging (TWI) as two-layered and three-layered medium applications, respectively. Despite the fact that both subsurface imaging and TWI have been a widespread area of research, in-wall imaging has remained a relatively untouched area. The literature on this topic is very limited indicating the difficulty level of the problem, that is, the main concern of this thesis. In addition to radar techniques and inversion algorithms, direct methods to probe a structure stand out as a field of study that many applications are clustered around. Direct methods include the multiple signal classification (MUSIC) method, the linear sampling method (LSM), the factorization method, the point source method, and several others. Also, it is proven that the reverse time migration (RTM) method is of use in imaging applications. In this thesis, the RTM method is applied to the single-frequency reconstruction of embedded obstacles in a wall to perform an introductory study for in-wall imaging. The aim is to determine the geometrical properties of an object embedded in a wall by the use of an information function provided via the RTM method. The method is based on the computation of that information function separately at each point on a reconstruction domain. It is defined as the correlation levels between the incident fields emitted from the sources and the back-propagation of the scattered field. Reporting the level of achievement of the RTM method in in-wall imaging based on a single test would be misleading. It should be tested under different circumstances. For this purpose, the problem is taken from a broader perspective in order to show and confirm the effectiveness of the method. Numerical experiments within a fundamental scenario are determined in a particular order to perform an essential Monte Carlo simulation. The method is tested for different material types, locations, and structural properties of the embedded object. Both dielectric and perfect electric conductor (PEC) scatterers are taken into consideration. In other words, both weak and strong scatterers are studied. Also, different acquisition lines, operating frequencies, and noise levels are used. A comparative study should be conducted to make an objective evaluation of the achievement level of the method. In line with this, the performance level in in-wall imaging is shown in comparison with free space imaging to make a proper evaluation of the feasibility level of the method. A mathematical model is proposed to make an overall quantitative evaluation. Thus, it will be possible to make a general conclusion. Inverse crime is a challenge to be avoided which may occur in inverse scattering applications. It can be briefly described by the philosophical norm as“two wrongs do not make a right”that implies trivial solutions and meaningless achievements. It could be a sneaky trap while acquiring the data synthetically. In order to avoid inverse crime, the problem must be modeled properly. It is verily known that one usual suspect in inverse crime is the computation of mathematical expressions. Those are mostly the integral representations of field quantities and the Green's functions. Precision and accuracy must always be guaranteed at an acceptable level since the computation step is the weakest link that may lead to occur an inverse crime.
Benzer Tezler
- Solution of inverse source problem in thermoacoustic imaging
Termoakustik görüntülemede ters problem çözümü
DEMET ELMAS
- Ayrık dalga sayısı yöntemiyle tabakalı ortamda yüksek frekanslı düşey sismik profil sismogramlarının hesaplanması model ve arazi çalışmaları
Başlık çevirisi yok
KENAN GELİŞLİ
Doktora
Türkçe
1992
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER ALPTEKİN
- An inverse source problem connected thermoacoustic imaging in multi-layer planar medium
Çok katmanlı ortamda termoakustik görüntülemeyle bağlantılı ters kaynak problemi
HAZEL YÜCEL
- Homojen olmayan ortamlara ilişkin green fonksiyonları ve çeşitli uygulamaları
Inhomogeneous media green's function and some applications
EDA KONAKYERİ ARICI
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ YAPAR
- Through-the-wall microwave imaging with sampling methods
Örnekleme yöntemleri ile duvar arkası mikrodalga görüntüleme
SEMİH DOĞU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ÇAYÖREN