در سال های اخیر تکنیک های وفقی شکل دهی پرتو به منظور افزایش کیفیت تصاویر اولتراسوند پیشنهاد شده اند. این روش ها به جهت استفاده از اطلاعات محیط و به روز کردن وزن های اعمالی به عناصر آرایه به صورت لحظه به لحظه، موفقیت زیادی در بهبود رزولوشن تصاویر اولتراسوند داشته اند. مهم ترین مشکل شکل دهنده های پرتو وفقی ارائه شده در زمینه تصویربرداری اولتراسوند، که اکثرا بر مبنای شکل دهنده پرتو مینیمم واریانس (mv) طراحی شده اند، این است که این روش ها، علیرغم بهبود قابل توجه رزولوشن، توفیق چندانی در بهبود کنتراست تصاویر اولتراسوند ندارند و نیز پیچیدگی محاسباتی بالای این روش ها در مقایسه با روش های غیروفقی، پیاده سازی آنها را در عمل دچار مشکل می کند. در این پایان نامه راهکارهایی را برای حل این دو مشکل اساسی در شکل دهی پرتو وفقی تصاویر اولتراسوند ارائه داده ایم. در این پایان نامه، پیاده سازی شکل دهنده پرتو بصورت دو شکل دهنده متوالی که هر کدام آنها می تواند از پیش تنظیم شده(preset) یا وفقی (adaptive) باشد، مورد مطالعه قرار می گیرد. ما با هدف بهبود کنتراست شکل دهنده پرتو وفقیmv بدون از دست دادن رزولوشن بالای آن در تصویربرداری اولتراسوند، روشی را بر مبنای وزن دهی وفقی در دو طبقه متوالی ارائه کرده ایم و نشان دادیم این روش با حفظ مرتبه پیچیدگی محاسبات، کنتراست تصویر را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. در این روش، با اعمال وزن های وفقی یکسان در دو طبقه متوالی سیگنال های تداخلی دریافتی توسط آرایه دوبار تضعیف می شوند. این شکل دهنده پرتو با حفظ سیگنال های لوب اصلی و کاهش موثر سیگنال های لوب های کناری، کنتراست را نسبت به شکل دهنده های پرتو وفقیmv بهبود می بخشد و در برابر تغییرات سرعت صوت در محیط تصویربرداری اولتراسوند،مقاومت بهتری نشان می دهد. در راستای کاهش پیچیدگی محاسباتی شکل دهنده پرتو وفقیmv، که محدودیت بزرگ این روش در مقایسه با شکل دهنده پرتو غیروفقی تاخیر و حاصلجمع (das) می باشد، روشی را برای تصویربرداری اولتراسوند پزشکی ارائه کرده ایم. در این روش تضعیف سیگنال های تداخلی در دو طبقه متوالی صورت می گیرد. در طبقه ی اول با استفاده از وزن های ثابت و از پیش تعیین شده، سیگنال های مزاحمی که از زوایای دور از محور اصلی دریافت می شود، حذف می شوند. در طبقه دوم، با وزن دهی وفقی بر اساس روش mv، سیگنال های مزاحمی که از نقاط نزدیک نقطه مورد نظر به آرایه می رسند، به شدت تضعیف می شوند. از طرفی، در طبقه دوم می توان تراکم داده های دریافتی از طبقه اول را کاهش داد یعنی در طول مکان، کاهش نرخ داد. از آنجا که این کاهش نرخ نمونه سبب کاهش طول موثر آرایه نمی شود، پهنای لوب اصلی و در نتیجه رزولوشن سیستم تغییری نمی کند اما بدلیل کاهش نرخ نمونه ها، حجم محاسبات 3dبرابر کاهش می یابد که d ضریب کاهش نرخ نمونه است. ضمن اینکه شبیه سازی ها، مقاومت مطلوب این روش را در مقابل خطاها تایید می کند.

این پایان¬نامه به کاربردها و توسعه¬ی تکنیک¬های معکوس زمانی (time-reversal) بر اساس روش¬های پردازش سیگنال برای امواج الکترومغناطیس باند پهن در محیط¬های همگن و تصادفی گسسته و پیوسته تمرکز دارد. روش¬های معکوس زمانی بر اساس تغییرناپذیری معادلات ماکسول تحت شرایط معکوس شدن مولفه¬ی زمانی آن، یکی از تکنیک¬های مناسب و قابل توجه برای تصویربرداری می¬باشند. با افزایش ناهمگنی و پراکندگی چندگانه در محیط، دقت این تکنیک¬ها افزایش می¬یابد. به دلیل موفقیت تکنیک معکوس زمانی در امواج صوتی، علاقه¬ی زیادی در استفاده از روش time reversal با امواج الکترومغناطیس در فرکانس رادیویی بوجود آمده است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی وضوح بالای تمرکز امواج الکترومغناطیس uwb معکوس شده¬ی زمانی در محیط زمینه¬ی تصادفی پیوسته نوع اول و دوم پرداخته خواهد شد. همچنین دو تکنیک¬ dort و tr-music که روش¬های تصویربرداری با وضوح بالا برای تشخیص و مکان¬یابی اهداف پنهان شده در محیط¬های همگن و ناهمگن می¬باشند، را از پایه معرفی نموده، آن را در آزمایشگاه عددی fdtd کد نویسی و پیاده¬سازی کرده و پارامترهای موثر در کارایی این تکنیک¬ها را ارزیابی می¬نماییم. عملکرد این دو تکنیک در تصویربرداری مایکروویو در یک محیط ناهمگن تصادفی شامل پراکنده کننده¬های نقطه¬ای نشان داده شده است. محیط ناهمگن تصادفی درنظرگرفته شده بر اساس تغییرات مکانی نفوذپذیری خاک می¬باشد. اثر پارامترهای یک محیط ناهمگن تصادفی بر روی مقادیر ویژه و بردارهای ویژه¬ی اپراتور معکوس زمانی برای دو هدف نزدیک به هم مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه، به مسأله¬ی تصویربرداری ماکروویوی با استفاده از تکنیک tr-music در حالت کلی، جنبه¬ی ویژه و کاربردی¬اش را اضافه نموده و آن را به سوی مسأله¬ی «تصویربرداری از پشت دیوار» هدایت می¬نماییم. اثرات پلاریزاسیون با استفاده از این تکنیک در این مثال کاربردی مورد شبیه سازی و تحلیل قرار می¬گیرد، همچنین در این راستا نشان داده می¬شود که این تکنیک حتی برای حالتی که دیوار دارای تلفات شدید باشد، نتایج قابل قبولی را بدست می¬دهد. در نهایت به ردیابی هدف در پشت دیوار با استفاده از تکنیک tr-music پرداخته خواهد شد.

هدف از این پژوهش محاسبه ی دز جذبی در بخش های مختلف چشم هنگام الکترون تراپی با استفاده از مدل واقعی چشم است. این مدل بر مبنای خصوصیات معرفی شده توسط کنوانسیون ملی حفاظت در برابر پرتوها شبیه سازی شده و شامل قسمت هایی از قبیل پلک، قرنیه، اتاقک پیشین، عدسی، صلبیه، زجاجیه، شبکیه و مشیمیه می باشد. در این پژوهش دز جذبی ناشی از الکترون با انرژی های مختلف در بافت های مختلف این مدل، که در داخل فانتوم کامل بدن انسان قرار داده شده محاسبه شده است.

هدف از حل یک مسئله ی پراکندگی معکوس، دستیابی به ویژگی های اهداف با استفاده از اطلاعات پراکندگی مستقیم است. مدل سازی دقیق و بکارگیری روشی مناسب برای استخراج پراکندگی، مهمترین بخش حل یک مسئله ی پراکندگی معکوس است. زیرا حتی با وجود ایده آل بودن الگوریتم های معکوس دقت و انطباق مدل ارائه شده و بکارگیری روشی کارا به منظور محاسبه ی پراکندگی بر دقت جواب های حاصل از پراکندگی معکوس تاثیر زیادی دارد. در این پایان نامه به محاسبه ی پراکندگی سطوح چندلایه ، برگرفته از مدل های واقعی موجود در طبیعت به عنوان گام بزرگی در راستای حل مسائل پراکندگی معکوس پرداخته می شود. برای تحقق این منظور دو روش در دو حیطه ی تئوری و عددی به خدمت گرفته شده اند. بدین منظور ابتدا سطوح ناصاف تصادفی پیوسته و گسسته بکارگیری شده در دو روش، مورد بررسی قرار گرفت. سپس جدیدترین روش تئوری انحراف کوچک مرتبه ی اول کلاسیک به منظور محاسبه ی پراکندگی محیط چند لایه ی با تعداد دلخواهی از سطوح ناصاف بکارگیری شده است. سپس برای افزایش محدوده ی اعتبار جواب ها در سطوح با پستی و بلندی های بزرگتر در مقایسه با طول موج و زاویه ی تابش کوچک نسبت به محور افقی ، روشfdtd با موج تابشی بهبود یافته به عنوان روش عددی برای محاسبه ی پراکندگی از محیط دلخواه چند لایه استفاده شده است. همچنین مدل جدیدی از محیط چند لایه بر مبنای مدل واقعی موجود در طبیعت برای پیاده سازی توسط روش های مذکور ارائه شده است. این ساختار قابلیت اعمال تغییرات ناشی از زمان را دارا است و بصورت یک زمین پوشیده شده توسط لایه ای از برف تازه که گذشت زمان به عنوان عامل اثرگذار بر پارامترهای الکترومغناطیسی آن اعمال شده است، تعریف می شود. در انتها پراکندگی این مدل جدید به عنوان یک مدل نشات گرفته از طبیعت استخراج و بررسی گردید.