Direct sampling method in inverse electromagnetic scattering problem

Sangwoo KANG
Soutenance de thèse de doctorat le 14 Novembre 2019, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Lieu: Bâtiment Breguet - D2.07 (Petit Conseil) - 3 rue Joliot Curie - 91190 Gif-sur-Yvette

Composition du jury:

Mr.Marc Lambert Chargé de recherche CNRS GeePs Directeur de thèse
Mr.Houssem Haddar Directeur de recherche INRIA CMAP Examinateur
Mr.Dominique Lesselier Directeur de recherche CNRS L2S Examinateur
Mr.Mikyoung Lim Professeur Korean Advanced Institute of Science and Technology Examinateur
Mme Amélie Litman Maître de Conférence Université de Marseille Rapporteur
Mr.Matteo Pastorino Professeur Université de Gênes Rapporteur

 

Résumé: Le problème de l'imagerie non itérative dans le cadre de la diffraction électromagnétique inverse utilisant la méthode d'échantillonnage direct (DSM) est considéré. Grâce à une combinaison de l'expression asymptotique du champ proche ou du champ lointain diffracté et de l'hypothèse de petits obstacles, les expressions analytiques de la fonction d'indicateur DSM sont présentées dans diverses configurations telles que des configurations 2D/3D, mono-/multi-configurations statiques,  à vue limitée/complète et fréquence unique/ diversité en fréquence. Une fois l'expression analytique obtenue, sa structure est analysée et des améliorations proposées. Notre approche est validée à l’aide de données de simulation, et d’expériences le cas échéant. Premièrement, la structure mathématique du DSM à fréquence fixe en 2D dans divers problèmes de diffusion est établie, permettant une analyse théorique de son efficacité et de ses limites. Pour surmonter les limitations connues, une méthode alternative d'échantillonnage direct (DSMA) est proposée. Puis le cas multi-fréquence est investigué en introduisant et en analysant le DSM multi-fréquence (MDSM) et le DSMA multi-fréquence (MDSMA).Enfin, notre approche est étendue aux problèmes de diffraction électromagnétique inverse 3D pour lesquels le choix de la polarisation du dipôle de test est un paramètre clé. De par notre approche analytique, ce choix peut être effectué sur la base de la polarisation du champ incident.

Abstract: The non iterative imaging problem within the inverse electromagnetic scattering framework using the direct sampling method (DSM) is considered. Thanks to the combination of the asymptotic expression of  the scattered near-field or far-field and of the small obstacle hypothesis the analytical expressions of the DSM indicator function are presented in various configurations such as 2D/3D configurations and/or mono-/multi-static configurations and/or limited-/full-view case and/or mono-/multi-frequency case. Once the analytical expression obtained, its structure is analyzed and  improvements  proposed.  Our approach is validated using  synthetic data and experimental  ones when available. First, the mathematical structure of DSM at fixed frequency in 2D various scattering problems is established allowing a theoretical analysis of its efficiency and limitations. To overcome the known limitations an alternative direct sampling method (DSMA) is proposed. Next, the multi-frequency case is investigated by introducing and analyzing  the multi-frequency DSM (MDSM) and the multi-frequency DSMA (MDSMA). Finally,  our approach is extended to 3D inverse electromagnetic scattering problems for which the choice of the polarization of the test dipole is a key parameter. Thanks to our analytical analysis it can be made based on  the polarization of the incident field.