The acoustic inverse obstacle scattering problem consists of determining the shape of a domain from measurements of the scattered far field due to some set of incident fields (probes). For a penetrable object with known sound speed, this can be accomplished by treating the boundary alone as an unknown curve. Alternatively, one can treat the entire object as unknown and use a more general volumetric representation, without making use of the known sound speed. Both lead to strongly nonlinear and nonconvex optimization problems for which recursive linearization provides a useful framework for numerical analysis. After extending our shape optimization approach developed earlier for impenetrable bodies, we carry out a systematic study of both methods and compare their performance on a variety of examples. Our findings indicate that the volumetric approach is more robust, even though the number of degrees of freedom is significantly larger. We conclude with a discussion of this phenomenon and potential directions for further research.


翻译:声反障碍散射问题包括从由于某些事件场(事件场)而分散的场域的测量中确定一个面积的形状。对于一个已知声音快的可穿透物体,可以通过单独将边界作为未知曲线来做到这一点。或者,可以将整个物体视为未知物体,使用更一般的体积表示法,而不必使用已知声音速度。两者都会导致明显的非线性和非电离性优化问题,循环线性化为数字分析提供了有用的框架。在扩展早先为无法渗透的物体开发的形状优化方法之后,我们对两种方法进行了系统研究,并用各种实例比较其性能。我们的调查结果表明,体积方法更为有力,尽管自由度的幅度大得多。我们最后讨论了这一现象,并提出了进一步研究的可能方向。

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