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遗传算法在介电成像中的应用研究

汤元九  
【摘要】: 介电成像是电磁成像技术中的一种,其原理是通过测量电磁辐射下目标周围的场分布,对目标介电特性进行重构达到成像目的。本文研究了利用静电场激励待成像区域,根据周围某些点的电位测量值应用遗传算法重构物体介电特性、尺寸的方法。 本文首先建立了介电成像的数学模型,采用有限元方法求解正问题,有限元方法的优点在于能方便地处理非均匀介质、具有良好的收敛性、可以压缩系数矩阵而节省计算时间,这有利于应用遗传算法进行优化。 在测量信号的处理中采用小波变换域滤波方法。文中提出了基于ad hoc算法的模极大值漂移抑制方法,数值结果表明这是一种寻找小波变换对数模极大线的有效算法。 在介电常数重构的逆问题研究中本文采用LGA遗传算法,并着重探索了选择、变异算子的改进。即在设计选择算子时,当最优个体适应度值大于设定阈值时则被保留;设计变异算子时,当个体的适应度差别不大的情况下采用较大的变异概率。这些措施能够控制种群趋于一致的进程,目的在于改善搜索过程中的过早收敛问题。数值结果表明这些改进取得了明显效果,从而提高了介电成像的准确性。 为了使用方便,本文开发了仿真计算程序的WINDOWS用户软件。由于FORTRAN具有强大的数值计算功能,而Visual Basic能够方便地制作界面,因此本软件采用混合编程技术,综合了FORTRAN和Visual Basic的优点。


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