Акустическая томография повышенного разрешения на основе обратного распространения волн
Автор: Суханов Д.Я., Кузовова А.Е.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 1 т.26, 2023 года.
Бесплатный доступ
Предлагается метод акустической томографии рассеивающих неоднородностей повышенного разрешения на основе метода обратной временной миграции. Рассматривается неоднородная фоновая среда с известным распределением преломляющих неоднородностей, где необходимо обнаружить рассеивающие неоднородности. Зондирование осуществляется широкополосными сигналами произвольной формы. Метод обратной временной миграции дополнен линейной фильтрацией поля прямого распространения, позволяющей повысить разрешение восстанавливаемых изображений. Представлены результаты численного моделирования и эксперимента. Зондирование осуществлялось в воде на частотах от 20 до 350 кГц сигналом с линейной частотной модуляцией. Источник ультразвукового сигнала располагался неподвижно и облучал исследуемые объекты в воде. Рассеянный сигнал измерялся в плоскости у поверхности в воде на прямоугольной области с шагом менее 2 мм. Обработка сигналов предложенным методом позволила восстановить трехмерное изображение рассеивающих неоднородностей с разрешением порядка 7 мм. Сравнение предложенного метода и метода обратной временной миграции, показало, что предложенный метод позволяет получить более высокое разрешение.
Волновое уравнение, акустическая томография, численное моделирование, метод конечных разностей, обратная временная миграция
Короткий адрес: https://sciup.org/140297877
IDR: 140297877 | УДК: 534.2 | DOI: 10.18469/1810-3189.2023.26.1.70-78
High resolution acoustic tomography based on backpropagation of waves
A method of high-resolution acoustic tomography of scattering inhomogeneities based on the method of reverse time migration is proposed. An inhomogeneous background medium with a known distribution of refractive inhomogeneities is considered, where it is necessary to detect scattering inhomogeneities. Probing is carried out by broadband arbitrary waveforms. The method of reverse time migration is supplemented with linear filtering of the direct propagation field, which makes it possible to increase the resolution of reconstructed images. The results of numerical modeling and experiment are presented. Sounding was carried out in water at frequencies from 20 to 350 kHz using a signal with linear frequency modulation. The source of the ultrasonic signal was fixed and irradiated the objects under study in the water. The scattered signal was measured in a plane near the surface in water on a rectangular area with a step of less than 2 mm. Signal processing by the proposed method made it possible to reconstruct a three-dimensional image of scattering inhomogeneities with a resolution of about 7 mm. Comparison of the proposed method and the reverse time migration method showed that the proposed method allows obtaining a higher resolution.
Список литературы Акустическая томография повышенного разрешения на основе обратного распространения волн
- Recent advances in optical coherence tomography for the diagnoses of lung disorders / R. Hou [et al.] // Expert Review of Respiratory Medicine. 2011. Vol. 5, no. 5. P. 711–724. DOI: https://doi.org/10.1586/ers.11.59
- Detection of noncalcified and mixed plaque by multirow detector computed tomography / G. Foster [et al.] // Expert Review of Cardiovascular Therapy. 2009. Vol. 7, no. 1. P. 57–64. DOI: https://doi.org/10.1586/14779072.7.1.57
- Яцышен В.В., Слюсарев М.В. Ультразвуковая диагностика дефектов зоны сплавления в слоистых композиционных материалах // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14, № 4. С. 103–105.
- Maev R.G., Green R.E., Siddiolo A.M. Review of advanced acoustical imaging techniques for nondestructive evaluation of art objects // Research in Nondestructive Evaluation. 2006. Vol. 17, no. 4. P. 191–204. DOI: https://doi.org/10.1080/09349840600981088
- Methodology of nondestructive identification of defective concrete zones in unilaterally accessible massive members / T. Gorzelańczyk [et al.] // Journal of Civil Engineering and Management. 2013. Vol. 19, no. 6. P. 775–786. DOI: https://doi.org/10.3846/13923730.2013.812577
- Passive ocean acoustic tomography in shallow water / F. Li [et al.] // The Journal of the Acoustical Society of America. 2019. Vol. 145, no. 5. P. 2823–2830. DOI: https://doi.org/10.1121/1.5099350
- Andreeva T., Durgin W. Experimental investigation of the travel-time variance of an acoustic wave propagating through the grid-generated turbulence // Waves in Random and Complex Media. 2005. Vol. 15, no. 3. P. 365–374. DOI: https://doi.org/10.1080/17455030500284170
- Kozlov V.N., Samokrutov A. A., Shevaldykin V.G. Thickness measurements and flaw detection in concrete using ultrasonic echo method // Nondestructive Testing and Evaluation. 1997. Vol. 13, no. 2. P. 73–84. DOI: https://doi.org/10.1080/02780899708953020
- Костин М.С. Моделирование системы радиолокационной виброметрии // T-Comm – Телекоммуникации и транспорт. 2013. № 3. С. 97–101.
- Виноградов В.Ю., Анфиногентов В.И. Восстановление параметров акустических полей, измеренных волоконной многосенсорной системой, на срезе сопла турбомашины // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2019. Т. 22, № 4-2. С. 145-150. DOI: https://doi.org/10.18469/1810-3189.2019.22.4.145-150
- Антипенский Р.В., Любавский А.П., Разиньков С.Н. Применение вейвлет-преобразований для анализа рассеяния сверхширокополосных сигналов объектами сложной формы // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2018. Т. 21, № 2. С. 39–43. URL: https://journals.ssau.ru/pwp/article/view/7034
- Зверев В.А. Принцип распространения акустических волн и голография // Акустический журнал. 2004. Т. 50, № 6. С. 792–801. URL: http://www.akzh.ru/pdf/2004_6_792-801.pdf
- Артельный П.В., Коротин П.И. Фокусировка колебательного поля в упругих системах конечных размеров методом обращения времени // Акустический журнал. 2010. Т. 56, № 1. С. 3–9. URL: http://www.akzh.ru/pdf/2010_1_3-9.pdf
- Derveaux G., Papanicolaou G., Tsogka C. Time reversal imaging for sensor networks with optimal compensation in time // The Journal of the Acoustical Society of America. 2007. Vol. 121, no. 4. P. 2071–2085. DOI: https://doi.org/10.1121/1.2536888
- Time-reversal refocusing for point source in randomly layered media / J.-P. Fouque [et al.] // Wave Motion. 2005. Vol. 42, no. 3. P. 238–260. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wavemoti.2005.03.001
- Exploring the potentials and limitations of the time-reversal imaging of finite seismic sources / S. Kremers [et al.] // Solid Earth. 2011. Vol. 2, no. 1. P. 95–105. DOI: https://doi.org/10.5194/se-2-95-2011
- Stolt R.H. Migration by Fourier transform // Geophysics. 1978. Vol. 43, no. 1. P. 23–48. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1440826
- Andrade P.N., Pestana R.C., Revelo D.E. Reverse time migration in the frequency domain by the rapid expansion method // Revista Brasileira de Geofı́sica. 2017. Vol. 35, no. 4. P. 287–306. DOI: https://doi.org/10.22564/rbgf.v35i4.916
- Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Сверхширокополосная трехмерная радиоголография в стратифицированной среде // Техническая физика. 2014. Т. 59, № 12. С. 1854–1858.
- Суханов Д.Я., Завьялова К.В. 3D-радиотомография объектов, скрытых за диэлектрически неоднородными экранами // Техническая физика. 2015. Т. 60. № 10. С. 1529–1534.
- Baysal E., Kosloff D.D., Sherwood J.W.C. Reverse time migration // Geophysics. 1983. Vol. 48, no. 11. P. 1421-1560. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1441434
- Depth imaging enhancement using reverse time migration / S.Y. Moussavi Alashloo [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 88, no. 1. P. 012017. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/88/1/012017
