Восстановление толщины слоя дермы по коэффициенту отражения электромагнитной волны
Аннотация
Необходимость определения внутренней структуры исследуемой среды и установление признаков, характеризующих ее состояния и свойства, часто возникает при проведении различных видов диагностики, одним из которых является восстановление профиля изучаемого объекта. Обратная электродинамическая задача заключается в определении геометрических и электродинамических параметров исследуемой диэлектрической среды по характеристикам рассеянного электромагнитного поля. Рассмотрена обратная задача восстановления толщины слоя по значениям коэффициента отражения плоской электромагнитной волны от биологического слоя дермы. Среды, имеющие слоистый характер структуры, составляют особый класс. В этом случае задача восстановления профиля сводится к оцениванию количества слоев и их параметров, а именно, значений толщин и диэлектрических проницаемостей. Обратная задача решена методом минимизации сглаживающего функционала. В основе метода лежит алгоритм минимизации обобщенной невязки между частотной зависимостью коэффициента отражения и его теоретической моделью. Зависимость коэффициента отражения от частоты в СВЧ-диапазоне 1…5 ГГц была получена по результатам решения прямой задачи путем наложения на них случайных флуктуаций, моделирующих ошибки реальных экспериментальных измерений. Дальнейшее развитие и разработка математических и вычислительных методов решения обратных задач для усложненных моделей — одно из актуальных направлений в исследовании слоистых сред.
Литература
2. Авдоченко Б.И. и др. Восстановление диэлектрической проницаемости слоистой среды по частотной зависимости коэффициента отражения методом минимизации регуляризирующего функционала // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Томск: Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники. 2007. Т. 1. С. 5—9.
3. Алексин С.Г., Лебедев С.Г., Дробахин О.О. Восстановление профиля диэлектрической проницаемости слоистых структур с использованием метода Гельфранда–Левитана–Марченко // Радиофизика, информатика, управление. 2009. № 2 (21). С. 5—11.
4. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973.
5. Хилькевич В.В. Использование нейронной сети для восстановления профилей диэлектрической проницаемости // Радиотехнические тетради. 2000. № 21. С. 76—78.
6. Алехнович В.И., Зайцев К.И., Карасик В.Е. Восстановление профиля диэлектрической проницаемости среды с помощью терагерцовой спектроскопии // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». 2013. № 2. С. 50—66.
7. Zaytsev K.I. е. а. Accuracy of Sample Material Parameters Reconstruction Using Terahertz Pulsed Spectroscopy // J. Appl. Phys. 2014. V. 115 (19). P. 193105.
8. Reid C. Spectroscopic Methods for Medical Diagnosis at Terahertz Wavelengths // PhD thesis. London, 2009. P. 194.
9. Авдоченко Б.И. и др. Восстановление диэлектрической проницаемости слоистой среды по частотной зависимости коэффициента отражения методом минимизации сглаживающего функционала // Доклады ТУСУРа. 2007. № 1 (5). С. 5—9.
10. Кальщиков А.А., Новикова Е.В., Штыков В.В. Расчет коэффициента отражения кожи человека // Ра- диоэлектроника, электротехника и энергетика: Материалы ХХ Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. М.: Изд. дом МЭИ, 2014.
11. Гусев Ю.А. Основы диэлектрической спектроскопии. Казань: Изд-во Казанского гос. ун-та, 2008.
12. Физиология человека. М.: Мир, 1996.
13. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи с распределенными параметрами. М.: Высшая школа, 1980.
14. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Книжный дом Либроком, 2012.
---
Для цитирования: Новикова Е.В. Восстановление толщины слоя дермы по коэффициенту отражения электромагнитной волны // Вестник МЭИ. 2018. № 2. С. 135—139. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-2-135-139.
#
1. Grinev A.Yu., Temchenko V.S., Zaykin A.E. Teoretiko-eksperimental'noe Opredelenie Parametrov Sloistykh Sred s Uchetom Prostranstvenno-vremennoy Impul'snoy Kharakteristiki Priemo-peredayushchey Antenny. SVCH-tekhnika i Telekommunikatsionnye Tekhnologii: Materialy 15 Mezhdunar. Krymskoy Konf. Sevastopol': Veber, 2005:375—376. (in Russian).
2. Avdochenko B.I. i dr. Vosstanovlenie Dielektricheskoy Pronitsaemosti Sloistoy Sredy po Chastotnoy Zavisimosti Koeffitsienta Otrazheniya Metodom Minimizatsii Regulyariziruyushchego Funktsionala. Doklady Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta Sistem Upravleniya i Radioelektroniki. Tomsk: Tomskiy Gos. Un-t Sistem Upravleniya i Radioelektroniki. 2007;1:5—9. (in Russian).
3. Aleksin S.G., Lebedev S.G., Drobakhin O.O. Vosstanovlenie Profilya Dielektricheskoy Pronitsaemosti Sloistykh Struktur s Ispol'zovaniem Metoda Gel'franda– Levitana–Marchenko. Radiofizika, Informatika, Upravle- nie. 2009;2 (21):5—11. (in Russian).
4. Brekhovskikh L.M. Volny v Sloistykh Sredakh. M.: Nauka, 1973. (in Russian).
5. Khil'kevich V.V. Ispol'zovanie Neyronnoy Seti dlya Vosstanovleniya Profiley Dielektricheskoy Pronitsaemosti. Radiotekhnicheskie Tetradi. 2000;21:76—78. (in Russian).
6. Alekhnovich V.I., Zaytsev K.I., Karasik V.E. Vosstanovlenie Profilya Dielektricheskoy Pronitsaemosti Sredy s Pomoshch'yu Teragertsovoy Spektroskopii. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Seriya «Estestvennye nauki». 2013;2:50—66. (in Russian).
7. Zaytsev K.I. e. a. Accuracy of Sample Material Parameters Reconstruction Using Terahertz Pulsed Spectroscopy. J. Appl. Phys. 2014;115 (19):193105.
8. Reid C. Spectroscopic Methods for Medical Diagnosis at Terahertz Wavelengths. PhD thesis. London, 2009. P. 194.
9. Avdochenko B.I. i dr. Vosstanovlenie Dielektricheskoy Pronitsaemosti Sloistoy Sredy po Chastotnoy Zavisimosti Koeffitsienta Otrazheniya Metodom Minimizatsii Sglazhivayushchego Funktsionala. Doklady TUSURa. 2007;1 (5):5—9. (in Russian).
10. Kal'shchikov A.A., Novikova E.V., Shtykov V.V. Raschet Koeffitsienta Otrazheniya Kozhi Cheloveka. Radioelektronika, Elektrotekhnika i Energetika: Materialy KHKH Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Studentov i Aspirantov. M.: Izd. Dom MPEI, 2014. (in Russian).
11. Gusev Yu.A. Osnovy Dielektricheskoy Spektroskopii. Kazan': Izd-vo Kazanskogo Gos. Un-ta, 2008. (in Russian).
12. Fiziologiya Cheloveka. M.: Mir, 1996. (in Russian).
13. Baskakov S.I. Radiotekhnicheskie Tsepi s Raspredelennymi Parametrami. M.: Vysshaya Shkola, 1980. (in Russian).
14. Baskakov S.I. Elektrodinamika i Rasprostranenie Radiovoln. M.: Knizhnyy Dom Librokom, 2012. (in Russian).
---
For citation: Novikova E.V. Reconstructing the Derma Layer Thickness from the Electromagnetic Wave Reflection Coefficient.
MPEI Vestnik. 2018;2:135—139. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-2-135-139.
