复杂介质反射矩阵中单次与回返散射的权重

在非均匀介质中，波场可分解为称为玻恩展开（Born expansion）的无穷级数。玻恩展开的每一项对应一个散射阶数，因此理论上可以区分单次与多次散射场分量。实验上，实际测量的是所有散射阶数发生干涉的总场。常规成像方法通常依赖于可忽略多次散射贡献的假设。在背散射构型中，该假设对小深度成立，并在深度大于散射平均自由程 $\ell_s$ 时开始失效。因此，估计实验数据中单次与多次散射的相对占比是一个关键问题。为此，人们引入了由反射矩阵计算的单次散射估计量 $\hat{\rho}$，以评估背散射波场中单次散射的权重。本文研究了该估计量的含义，并特别关注回返散射。在衍射受限实验中，若首次与末次散射事件发生在同一分辨单元内，则称该多次散射序列为回返散射。研究表明，回返散射导致了玻恩展开中单次散射与更高散射阶之间的相关性，给估计量 $\hat{\rho}$ 带来偏差，该量更应称为共焦散射比。有趣的是，通过将反射矩阵投影到聚焦基上可构建更稳健的估计量。数值模拟以及在由浸入水中的尼龙杆构成的模型介质中约 1.5~MHz 下获得的超声数据支持了上述论点。从更普遍的视角看，本工作提出了关于回返散射对波成像影响的基本问题。