The obstacle shape reconstruction problem has been known to be difficult to solve since it is highly nonlinear and severely ill-posed. The use of local or locally supported basis functions for the problem has been addressed for many years. However, to the authors' knowledge, any research report on the proper usage of local or locally supported basis functions for the shape reconstruction has not been appeared in the literature due to many difficulties. The aim of this paper is to introduce the general concepts and methodologies for the proper choice and their implementation of locally supported basis functions through the two-dimensional Helmholtz equation. The implementations are based on the complex nonlinear parameter estimation (CNPE) formula and its robust algorithm developed recently by the authors. The basic concepts and ideas are simple. The derivation of the necessary properties needed for the shape reconstructions are elementary. However, the capturing abilities for the local geometry of the obstacle are superior to those by conventional methods, the trial and errors, due to the proper implementation and the CNPE algorithm. Several numerical experiments are performed to show the power of the proposed method. The fundamental ideas and methodologies described in this paper can be applied to many other shape reconstruction problems.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.14
no.8
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pp.803-808
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2003
Several dielectric pipes buried in the lossy half space are reconstructed from the scattered fields measured along the interface between the air and the lossy ground. Iterative inversion method by using the hybrid optimization algorithm combining the genetic and the Levenberg-Marquardt algorithm enables us to find the positions, the sizes, and the medium parameters such as the permittivities and the conductivities of the buried pipes as well as those of the background lossy half space even when the dielectric pipes are close together. Illposedness of the inversion caused by the errors in the measured scattered fields are regularized by filtering the evanescent modes of the scattered fields out.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.8
no.5
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pp.534-544
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1997
The permittivity distribution of a two-dimensional high-contrast object with large size, which leads to the global minimum of cost function, is reconstructed by iteratively using the hybrid algorithm of Levenberg-magquardt algorithm(LMA) plus Genetic Algorithm(GA). The scattered fields calculated in a cost function are expanded in angular spectral modes, of which only effective propagating modes are used. The definition of cost function based on the effective propagating modes enables us to formulate the minimum number of incident waves for the reconstruction of object. It is numerically shown that LMA has an advantage of fast convergence but can't reconstruct a high-contrast object with large size and GA can reconstruct a high-contrast object with large size but has an disadvantage of slow convergence, whereas an inverse scattering technique using the hybrid algorithm adopts only advantages of LMA and GA.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.10
no.3
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pp.378-391
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1999
When the time-harmonic plane wave is incident upon a high-contrast spherical cavity in a lossy medium, the incoherent shadow intensity pattern is acquired by averaging out the multi-frequency intensities of the co-polarized total electric field calculated at the measurement plane perpendicular to the propagating direction of the incident wave in the forward direction. In the spherical rotational measurement configuration, an incoherent imaging of the spherical cavity is obtained via the back-projections of the incoherent shadow intensity pattern. This imaging method is validated by imaging an air sphere in the lossy medium of ${\epsilon}_r$ = 2 and $\sigma$ = 0.001, 0.003 S/m and the conditions for obtaining better images are investigated.
Future exhaust gas limits for diesel-driven passenger cars will force the automotive industry to significantly improve the performance of engine. Since modern common-rail injection systems deliver more degrees of freedom referring to the injection process, again the optimization of the injection process could offer a possibility to meet the exhaust gas limits. This study describes the characteristic the pilot spray structure of piezo-driven injector for a passenger car common-rail system to be applicable multiple injection caused by fast response rather than solenoid-driven injector. The piezo-driven injector is prototype injector with same needle chamber of solenoid injector and the solenoid-driven one is commercial injector. The pilot spray characteristic such as spray tip penetration, spray speed, spray angle were obtained by spray images, which is measured by the Mie scattering method with optical system for high-speed temporal photography. It was found that piezo-driven injector effected electric change as important factor and showed faster response than solenoid-driven injector.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.22
no.4
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pp.475-483
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2019
Although radar target signatures(RTS), such as range profiles have played an important role for target recognition in the X-band radar, they would be less effective when a target is designed to have low radar cross section(RCS). Recently, a number of research groups have conducted the studies on the RTS in the VHF-band where such targets can be better detected than in the X-band. However, there is a lack of work carried out on the mathematical description of the VHF-band RTS. In this paper, chirplet decomposition is employed for modeling of the VHF-band RTS and its performance is compared with that of existing scattering center model generally used for the X-band. In addition, the discriminative signal analysis is performed by chirplet parameterization of range profiles from in an ISAR image. Because the chirplet decomposition takes long computation time, its fast form is further proposed for enhanced practicality.
Q estimates are made by direct measurements of energy loss per cycle from primary P and S waves, as a function of frequency. Assuming that intrinsic Q is frequency independent and scattering Q is frequency dependent over the frequencies of interest, the relative contributions of each, to a total observed Q, may be estimated. Test examples are produced by computing viscoelastic synthetic seismograms using a pseudo spectral solution with inclusion of relaxation mechanisms (for intrinsic Q) and a fractal distribution of scatterers (for scattering Q). The composite theory implies that when the total Q for S-waves is smaller than that for P-waves (the usual situation), intrinsic Q is dominating; when it is larger, scattering Q is dominating. In the inverse problem, performed by a global least squares search, intrinsic $Q_p$ and $Q_s$ estimates are reliable and unique when their absolute values are sufficiently low that their effects are measurable in the data. Large $Q_p$ and $Q_s$ have no measurable effect and hence are not resolvable. Standard deviation of velocity $({\sigma})$ and scatterer size (A) are less unique as they exhibit a tradeoff as predicted by Blair's equation. For the P-waves, intrinsic and scattering contributions are of approximately the same importance, for S-waves, the intrinsic contributions dominate.
The Born approximation is widely used for solving the complex scattering problems in electromagnetics. Approximating total internal electric field by the background field is reasonable for small material contrasts as long as scatterer is not too large and the frequency is not too high. However in many geophysical applications, moderate and high conductivity contrasts cause both real and imaginary part of internal electric field to differ greatly from background. In the extended Born approximation, which can improve the accuracy of Born approximation dramatically, the total electric field in the integral over the scattering volume is approximated by the background electric field projected to a depolarization tensor. The finite difference and elements methods are usually used in EM scattering problems with a 2D model and a 3D source, due to their capability for simulating complex subsurface conductivity distributions. The price paid for a 3D source is that many wavenumber domain solutions and their inverse Fourier transform must be computed. In these differential equation methods, all the area including homogeneous region should be discretized, which increases the number of nodes and matrix size. Therefore, the differential equation methods need a lot of computing time and large memory. In this study, EM modeling program for a 2D model and a 3D source is developed, which is based on the extended Born approximation. The solution is very fast and stable. Using the program, crosshole EM responses with a vertical magnetic dipole source are obtained and the results are compared with those of 3D integral equation solutions. The agreement between the integral equation solution and extended Born approximation is remarkable within the entire frequency range, but degrades with the increase of conductivity contrast between anomalous body and background medium. The extended Born approximation is accurate in the case conductivity contrast is lower than 1:10. Therefore, the location and conductivity of the anomalous body can be estimated effectively by the extended Born approximation although the quantitative estimate of conductivity is difficult for the case conductivity contrast is too high.
In this study, a numerical method for a time-domain acoustic wave backscattering analysis is established based on a physical optics and a Fourier transform. The frequency responses of underwater targets are calculated based on physical optics derived from the Kirchhoff-Helmholtz integral equation by applying Kirchhoff approximation and the time-domain signals are simulated taking inverse fast Fourier transform to the obtained frequency responses. Particularly, the adaptive triangular beam method is introduced to calculate the areas impinged directly by acoustic incident wave and the virtual surface concept is adopted to consider the multiple reflection effect. The numerical analysis result for an acoustic plane wave field incident normally upon a square flat plate is coincident with the result by the analytic time-domain physical optics derived theoretically from a conventional physical optics. The numerical simulation result for a hemi-spherical end-capped cylinder model is compared with the measurement result, so that it is recognized that the presented method is valid when the specular reflection effect is predominant, but, for small targets, gives errors due to higher order scattering components. The numerical analysis of an idealized submarine shows that the established method is effectively applicable to large and complex-shaped underwater targets.
Kim, Ki-Chai;Kim, Tae-Hong;Lee, Jong-Moon;Jeon, Soon-Ik;Pack, Jeong-Ki
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.27
no.7
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pp.646-652
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2016
This paper presents a tumor detection for breast cancer that utilizes two-dimensional(2D) image reconstruction with microwave tomographic imaging. The breast cancer detection system under development consists of 16 transmit/receive antennas, and the microwave tomography system operates at 1,700 MHz. The four types of breast(ED-, HD-, SC-, and FT-type) are used for image reconstruction. To solve a 2D inverse scattering problem, the method of moments(MoM) is employed for forward problem solving, and the simplex method employed as an optimization algorithm. The results of the reconstructed image show that the ED- and HD-types of breasts are well reconstructed, but SC- and FT-type breasts are not well because of the error including.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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