This paper is devoted to a novel quantitative imaging scheme of identifying impenetrable obstacles in time-harmonic acoustic scattering from the associated far-field data. The proposed method consists of two phases. In the first phase, we determine the interior eigenvalues of the underlying unknown obstacle from the far-field data via the indicating behaviour of the linear sampling method. Then we further determine the associated interior eigenfunctions by solving a constrained optimization problem, again only involving the far-field data. In the second phase, we propose a novel iteration scheme of Newton's type to identify the boundary surface of the obstacle. By using the interior eigenfunctions determined in the first phase, we can avoid computing any direct scattering problem at each Newton's iteration. The proposed method is particularly valuable for recovering a sound-hard obstacle, where the Newton's formula involves the geometric quantities of the unknown boundary surface in a natural way. We provide rigorous theoretical justifications of the proposed method. Numerical experiments in both 2D and 3D are conducted, which confirm the promising features of the proposed imaging scheme. In particular, it can produce quantitative reconstructions of high accuracy in a very efficient manner.


翻译:本文专门论述一个新颖的定量成像方案,即从相关远野数据中找出在时间-和谐声学散射中无法穿透的障碍,建议的方法由两个阶段组成。在第一阶段,我们通过直线取样方法的表示行为,确定远地数据中潜在的未知障碍的内部值。然后我们通过解决一个限制优化的问题,进一步确定相关的内源功能,同样也只涉及远地数据。在第二阶段,我们提出一个牛顿类型的新迭代方案,以识别障碍的边界表面。通过使用第一阶段确定的内源功能,我们可以避免在牛顿的每个迭代中计算出任何直接的散射问题。拟议的方法对于修复一个声硬障碍特别有用,因为纽顿的公式以自然方式涉及未知的边界表面的几何数量。我们为拟议方法提供了严格的理论理由。在2D和3D中进行了数值实验,这证实了拟议成像方案的有希望的特征。特别是,它能够以非常高效的方式进行量化的重建。

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