【摘 要】
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数学物理反问题在自然科学和实际工程技术等领域有着非常广泛的应用,例如地球物理勘探、无损探伤、CT扫描成像、声纳技术等问题本质上是数学物理反问题.数学物理反问题主要的难点在于它的不适定性,表现在数值算法上即其解不连续依赖于输入数据.声波逆散射问题是数学物理反问题的一个重要分支,它不但具有反问题的共性一不适定性,还具有其自有的难点—非线性的难点.本文主要研究重建不可穿透的声柔散射体(也称障碍物)的二维
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数学物理反问题在自然科学和实际工程技术等领域有着非常广泛的应用,例如地球物理勘探、无损探伤、CT扫描成像、声纳技术等问题本质上是数学物理反问题.数学物理反问题主要的难点在于它的不适定性,表现在数值算法上即其解不连续依赖于输入数据.声波逆散射问题是数学物理反问题的一个重要分支,它不但具有反问题的共性一不适定性,还具有其自有的难点—非线性的难点.本文主要研究重建不可穿透的声柔散射体(也称障碍物)的二维逆散射问题,即研究了利用散射波的远场模式反演散射体边界的重建算法.本文的主要内容及研究成果如下:在第二章中,介绍了声柔散射体情形下波场散射的正问题,即具有Dirichlet边界条件的二维Helmholtz外问题.基于积分方程的单层位势和双层位势,在散射体边界的参数表示下,给出了求解正问题的离散化方法.在第三章中,基于单层位势、双层位势与分解模型算法,提出了利用散射波的远场模式重建声柔散射体的拟牛顿算法.所提出算法的基本思路是:通过对逆散射问题中的分解模型算法进行分析,建立起一个将边界映射到边界上的波总场的非线性算子,然后利用拟牛顿法求解该非线性方程.在算法的迭代求解中,逆散射问题被分解成了一个线性不适定问题与一个非线性问题,其中的不适定问题则利用Tikhonov正则化方法来求解.在Tikhonov正则化中,我们引进基于Morozov偏差原理的模型函数方法来选取正则化参数.进一步,注意到远场模式对入射波的叠加性质,我们给出了多个入射波下的基于分解模型的拟牛顿算法,从而提升了重建算法的效率.在第四章中,针对多种散射体,我们给出了基于单层位势的数值模拟结果.在第五章中,我们总结了本文的主要结果和存在的问题,说明了本文研究的出发点,并对今后的研究工作进行了展望.
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