Μικροκυματική απεικόνιση αντικειμένων στο εσωτερικό δομών: δισδιάστατη αριθμητική μοντελοποίηση και μελέτη επέκτασης στις τρεις διαστάσεις

Abstract

Ο όρος «μικροκυματική απεικόνιση» περιγράφει ένα σύνολο μεθόδων ανακατασκευής των ιδιοτήτων ενός άγνωστου αντικειμένου, χρησιμοποιώντας ως πηγή πληροφορίας την αλληλεπίδραση τού αντικειμένου με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μικροκυματικών συχνοτήτων. Οι ζητούμενες ιδιότητες μπορεί να περιλαμβάνουν τη 'θέση, το σχήμα, τα ηλεκτρομαγνητικά χαρακτηριστικά (από τα οποία μπορεί να προκόψει η σύσταση), ή ένα συνδυασμό των παραπάνω. Η παρούσα εργασία εξετάζει τη μικροκυματική απεικόνιση μικρής εμβέλειας, όπου η διάταξη εκπομπής και μέτρησης βρίσκεται σε μικρή απόσταση από το υπό μελέτη αντικείμενο. Τα τελευταία είκοσι χρόνια έχει εκδηλωθεί μεγάλο ενδιαφέρον για μεθόδους απεικόνισης με χρήση μικροκυμάτων. Η μικροκυματική απεικόνιση έχει εφαρμοστεί ως τεχνική μη καταστροφικού ελέγχου σε κτήρια, στην ανίχνευση μεταλλικών ή διηλεκτρικών αντικειμένων, όπως οι νάρκες κατά προσωπικού, καθώς επίσης και στην περιοχή τής βιοϊατρικής, για την απεικόνιση βιολογικών ιστών. Μπορούμε να ορίσουμε διάφορες κατηγορίες μεθόδων, με βάση μια σειρά κριτηρίων, όπως είναι η γεωμετρία τής μετρητικής διάταξης, το θεωρητικό μοντέλο που χρησιμοποιείται και το είδος τής πληροφορίας που δίνει η κάθε μέθοδος. Η δισδιάστατη απεικόνιση - για την οποία χρησιμοποιείται και ο όρος «τομογραφία» - δίνει πληροφορία για μια εγκάρσια τομή τού αντικειμένου, ενώ αν η πληροφορία περιγράφει ολόκληρο το αντικείμενο, πρόκειται για τρισδιάστατη απεικόνιση. Το αντικείμενο μπορεί να βρίσκεται στον ελεύθερο χώρο, ή στο εσωτερικό ενός μέσου με γνωστές ιδιότητες, στην περίπτωση της μικροκυματικής απεικόνισης στο εσωτερικό δομών. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, με την οποία αλληλεπιδρά το υπό εξέταση αντικείμενο, παράγεται από μία ή περισσότερες κεραίες εκπομπής. Το αποτέλεσμα αυτής τής αλληλεπίδρασης μετριέται από μία ή περισσότερες κεραίες λήψης. Το πλήθος και η γεωμετρική διάταξη των εκπομπών και των δεκτών, αποτελούν επιπλέον χαρακτηριστικά των διαφόρων μεθόδων. Μια διάταξη «πολλαπλής πρόσπτωσης» (multiview) χρησιμοποιεί περισσότερους τού ενός εκπομπούς, ή ισοδύναμα έναν εκπομπό που μετακινείται. Ο όρος «πολλαπλής μέτρησης» (multistatic) περιγράφει τη μέτρηση τού ανακλώμενου ηλεκτρομαγνητικού κύματος από πολλούς δέκτες, ή από ένα δέκτη που μετακινείται. Σε ό,τι αφορά τη μορφή τού προσπίπτοντος κύματος, μπορούμε να διακρίνουμε τις μεθόδους στο πεδίο τού χρόνου και στο πεδίο τής συχνότητας· στην παρούσα εργασία αναφερόμαστε στις τελευταίες. […]