L波段差分干涉SAR卫星严格回归轨道优化设计方法

相比于传统SAR卫星应用方向,我国第一代L波段差分干涉SAR卫星主要用于实现全球精准地表形变测量。为了达到重轨差分干涉优于5 cm的形变测量指标,首先需要解决卫星空间基准轨道高精度回归的工程难题。对此,本文提出一种严格回归轨道优化设计方法,通过地球重力场阶数需求分析建立卫星高阶动力学模型,将J4摄动下修正的太阳同步回归轨道参数作为优化算法初值,以卫星WGS-84坐标系位置、速度回归精度满足收敛阈值为目标,利用启发式多目标进化算法开展轨道参数寻优。仿真试验表明,寻优结果回归精度可达厘米级,优于既定工程指标,并且本文方法有效性和正确性已经过L波段差分干涉SAR卫星在轨验证。

基于四波前横向剪切干涉的波前传感技术与应用(特邀)

高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应用具有迫切需求,如激光波前的瞬态检测分析、高速流场检测、自适应光学的检测和控制、高精度光学系统像差分析等都迫切需要一个紧凑型、抗环境干扰、瞬态成像的干涉系统。为此,针对针对这些需求,全面介绍了四波前横向剪切干涉相位成像技术的原理、发展历程、波前重构方法以及其广泛的应用。四波前横向剪切干涉仪能够通过在一个单一的干涉图中获取两个正交剪切方向的四个剪切波前来实现瞬态相位成像,由随机编码光栅和相位棋盘组成新颖的四波干涉传感器(Four-wave Interferometric Sensor,FIS4)。FIS4干涉传感器凭借其独特的优势,如紧凑性、鲁棒性、高时间分辨率以及与现有显微系统的兼容性,在生物医学、光学测量、材料表征等众多领域展现出广阔的应用前景。这一技术的发展不仅为相关领域提供了新的研究工具,也为跨学科的创新和发现开辟了新的可能性。

战略工具与制华手段:美国干涉新疆事务80年(1943—2023年)

对美国而言,操弄和挑拨中国境内的分裂主义是一种成本最低、收益最大的行为。自1943年到2023年,美国对新疆事务的介入和干涉已有80年。美国对新疆的政策选择从属于国际格局及对华战略。在二战后到冷战发端时期,新疆迅速成为美苏地缘政治争夺乃至冷战对抗的前沿。随着国共内战形势的剧变,美国甚至图谋把新疆打造为“区域反共政权”的阵地。在冷战结束前后,经过40余年的蛰伏,美国以人权框架和理论框架重拾和重构了涉疆问题,并将其作为对华牵制打压的棋子。自2017年以来,随着后冷战时代国际格局的转型特别是中美间权力的消长,美国不断加大对新疆事务的干涉和炒作力度,试图达到“以疆制华”之目的。纵观美国80年来对新疆事务的干涉,有两点是不变的:一是美国始终将操弄新疆分裂主义及干涉新疆事务,作为实现自身利益的工具;二是美国的涉疆政策始终以意识形态为透镜,带有鲜明的“反共”色彩。

美国干涉话语体系的新发展——关于美国介入叙利亚冲突之话语实践的分析

叙利亚冲突的演进与美国的干涉密不可分,实际上美国早就成为此场冲突的重要一方。受主权原则及禁止使用武力原则等的限制,美国不得不为自己本质上完全非法的一系列对叙干涉活动提供规范性依据。但是美国原有的相关干涉话语体系已经不能满足对叙干涉的需要,因此美国对其进行了更新发展。这种发展主要体现在三个方面,即“亲民主干涉”话语体系的发展、“境外武力打击非国家行为体”话语体系的发展、“人道主义干涉”话语体系的发展。在叙利亚冲突背景下,美国发展上述三类话语体系的路径,分别是重构“合法政府”话语、重构“自卫”话语、构建禁化武新话语。美国对三类干涉话语体系的发展,本质上都是对其霸权逻辑的翻新,其中国际负面影响最大的是“亲民主干涉”话语体系的发展,另外两个方面则在一定程度上服务于“亲民主干涉”活动及其话语体系的发展。

抓特点 通原理 谈应用——以薄膜干涉的三类应用为例

光照射在薄膜上,从膜的前表面和后表面反射回来的两列光波再次相遇而产生干涉现象,在薄膜前表面的同一侧这两列反射光叠加形成干涉条纹,这就是薄膜干涉。近三年全国各地高考模拟题和高考真题对薄膜干涉知识的考查屡次出现,比如2023年山东卷第5题、2021年浙江卷第16题、2021年江苏卷第6题、2021年山东卷第7题等。下面从劈尖干涉、肥皂膜干涉、牛顿环干涉三个方面对薄膜干涉现象进行剖析,以期对同学们的复习备考有所启示。

GNSS线极化天线干涉信号反演土壤湿度算法测试

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

一种大孔径静态干涉高光谱成像数据压缩方法

大孔径静态干涉成像遥感数据的数据量较大,需要寻找一种合适的方法对其压缩。从大孔径静态干涉成像机理出发,分析了干涉数据的空间和干涉维冗余性,并基于现有成熟混合压缩编码方法,提出了基于相似干涉曲线与不同光程差之间冗余去除的算法,对冗余数据进行去除预处理。对干涉数据进行基于曲线表的干涉曲线编码表示,对不同光程差之间的图像进行相关性预测,减少了大孔径静态干涉成像遥感图像的量化深度并降低了图像的信息熵,再结合JPEG2000算法进行无损或有损压缩。实验结果表明,对于大孔径静态干涉成像数据,该算法可实现压缩比为3.1倍的无损压缩,有损压缩的率失真曲线也优于其他对比算法,其复原图像反演出的光谱曲线的光谱角和相对二次误差均优于其他对比算法处理的数据,有效保护了光谱信息。

基于T型透镜排布的多频干涉系统设计及成像

为探究多频点采集对成像的影响,提出并搭建了一种T型透镜排布的多频干涉系统,该系统可以同时对二维光栅目标的多个空间频率进行采集。实验成功实现了二维光栅图像的重建,系统仿真得到的图像峰值信噪比(PSNR)为30.79 dB,实验重建图像PSNR为27.95 dB,重建图像的整体结构未发生改变。成像系统的设计及成像的过程也为该技术的实际工程应用提供了指导和方向。

基于卷积神经网络的多偏移干涉相位滤波方法

为提升干涉信号处理中相位滤波的效果,提出了一种基于卷积神经网络的多偏移干涉相位滤波方法。利用干涉相位噪声模型解释了相位偏移原理,并根据相位偏移原理构建多个卷积神经网络去噪器,利用其分别对不同偏移的干涉相位进行滤波,生成多个去噪相位。利用神经网络计算像素权值,对多个去噪结果进行融合,进而获得质量更好的相位滤波结果。仿真的数据和真实的数据试验表明,相较于传统方法,所提方法具有更好的细节保持能力,并且所得结果的均方根误差和留数点数量更低。

一种基于迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统的研究

浓度是表征溶液性质的重要物理参数之一。本文设计了一种基于旋转比色皿结合迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统。将液体加入比色皿并旋转5°,利用CCD采集光强数据和自编的计数程序,可实时测量旋转前后干涉条纹移动数目之差,并由此计算NaCl和葡萄糖溶液的折射率和浓度。对质量百分比浓度为0、10%和20%的NaCl溶液进行了折射率测量和误差分析,发现与相关理论值的相对误差仅为0.61%、0.63%和2.2%。葡萄糖溶液的浓度—折射率关系曲线也呈现出线性良好、可靠性高的特点。总之,基于迈克尔逊干涉仪的浓度/折射率在线测量系统具有测量非接触、结果可靠、高效实用的特点。

基于混合干涉结构的光纤温盐深传感器设计

提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯光纤后错位熔接单模光纤,FPI导出单模-多模-细芯-错位熔接单模构成MZI。对传感器的温度、折射率及深度响应特性进行了理论分析和实验研究,通过监测反射谱和透射谱,选取不同的特征波长。实验结果表明:FPI对折射率变化不敏感,温度和深度灵敏度为0.578 nm/℃和1.297 2 nm/cm, MZI两个特征波谷对温度灵敏度分别为0.052 4 nm/℃和0.055 2 nm/℃,折射率灵敏度分别为-35.157 nm/RIU和-27.581 nm/RIU,对深度变化不敏感。该传感器具有制作简单、成本低廉等优点。

基于空洞空间卷积网络的点衍射干涉图像相位解包技术

为满足点衍射干涉测量对解包算法高精度、高效以及抗干扰的检测需求。提出一种基于空洞空间卷积的相移点衍射干涉图像的相位解包方法,通过将自编码器结构和空洞空间卷积结合获得更高的相位解包精度,实现对包裹相位图像可控的多尺度特征提取。根据点衍射图像特点制作的大量多样化数据集对其进行训练和优化,从而实现准确识别包裹相位所在阶次,最终可以快速处理包裹图像得到高精度的解包结果。利用所提方法对实际点衍射干涉图像进行处理,并与ESDI专业干涉图像处理软件以及其他解包算法处理结果进行比对,结果表明:本文解包结果与软件枝切法解包处理结果均方根误差值为0.0222 rad,面形拟合结果与软件面形拟合结果峰谷差值仅为0.0121λ、均方根差值仅为0.0042λ;时间效率上,完成一幅图像的处理平均仅需0.035 s,而传统方法均大于1 s。与其他方法相比,所提方法在处理包裹相位方面具有快速、高精度的特性,为点衍射干涉图像处理的高精度相位解包提供了新的可行方案。

面向TDI技术地面验证的激光干涉仪本底噪声分析

在空间引力波探测中,由于星间激光干涉臂不等,导致激光频率噪声不能共模消除,从而使微弱的引力波信号被激光频率噪声淹没。时间延迟干涉(TDI)技术通过将激光相位数据在时间上延迟,构成虚拟等臂干涉,从而能减小激光频率噪声对引力波信号探测的影响。为了在地面验证TDI技术能够将激光频率噪声对引力波探测的影响降低至3×10^(-7) Hz/√Hz(傅里叶频率1 mHz处),需要分析TDI地面验证系统本底噪声的主要来源。通过实验测量和计算分析,提出了面向TDI技术地面验证的激光干涉仪的重要参数设计要求,包括激光干涉臂的臂长差、激光频率稳定度、气压稳定度、激光功率稳定度以及各部件温度稳定度等。

薄膜干涉的衬比度研究

在薄膜干涉的相关教学中,教师和学生的关注点一般在于产生干涉的位置以及干涉条纹的分布状况,对干涉条纹的衬比度往往讨论的较少,而干涉场的衬比度对基于干涉的测量与制造是非常重要的.以菲涅尔反射公式为基础,从薄膜与背景材料的折射率差和光在薄膜上的入射角两方面,研究了薄膜干涉的衬比度,得到了一些具有价值的结论,这些结论对于学生进一步理解薄膜干涉,以及基于干涉的精密测量和微结构制造,具有一定的参考价值.

Moho反射波噪声干涉方法及其在青藏高原东北缘地壳结构成像的应用初探

基于南北地震带北段布设的密集流动地震台阵的连续波形记录,采用台阵噪声干涉技术获得了青藏高原东北缘Moho面PmP反射波,利用已有的区域三维地壳速度模型,采用沉积层校正方法建立研究区域的三维地壳初始模型,进而对噪声互相关函数进行基准面校正,然后采用共中心点叠加方法获得了研究区的地壳厚度分布.结果显示,青藏高原东北缘及周边不同块体地壳厚度差异显著,沿青藏高原北东向的扩展方向,地壳厚度逐渐变薄.祁连造山带中、西段地壳厚度约55~65 km,西秦岭造山带地壳厚度从西至东从53 km左右减小至42 km上下,阿拉善块体地壳厚度约50 km,鄂尔多斯块体西缘地壳厚度约40~45 km.六盘山断裂、海原断裂与天景山断裂附近呈现局部的地壳增厚,并且出现脉冲状Moho面反射震相,表明断裂带附近可能存在速度跃变较大的Moho面结构.祁连山北缘断裂出现叠置的反射震相,推测下地壳的逆冲形成了此类Moho结构.

美国全球干涉主义政策与军工复合体的扩张

全球干涉主义是美国长期外交实践的产物,是涉外群体普遍接受的共有观念,也是决策者采取行动的重要依据。美国的干涉主义传统有两种基本形式,一种是服务于实力地位的“莽骑兵”传统,一种是推广美国价值观的“传教士”传统。20世纪以来特别是二战后,美国全面推行干涉主义外交,造就了坚不可摧的利益原则和外交信条。在推行干涉主义和黩武主义政策的过程中,美国形成了势力庞大的军工复合体。这些体制机制在冷战后不仅没有消失,反而变本加厉、不断扩张,促使美国政府频繁进行对外干涉。

基于多波长干涉的瞬态轮廓检测Mirau显微镜

针对单波长Mirau干涉显微镜存在测量范围小和2π模糊等问题,提出了多波长Mirau偏振干涉显微镜,以实现微观轮廓的大动态范围测量的和表面粗糙度等显微结构的瞬态检测。系统利用R、G、B三个单色LED光源实现多波长干涉;利用彩色偏振相机获取瞬态相移干涉条纹图,降低实时瞬态检测中复杂的环境扰动影响;利用线栅偏振片调节条纹对比度,满足不同被测对象的反射率检测要求。为验证系统方案的可行性,经过系统误差补偿校准后测量标称值为1.9939μm的标准微米台阶,结果与标称值的偏差约为5.4 nm。利用该方法与Wyko干涉仪对金刚石车削凸面反射镜表面微观轮廓和表面粗糙度进行测量,表面粗糙度测量结果均方根值偏差为3.7 nm,验证了该系统可实现高精度的大动态范围测量。

压铆力对Φ4mm 2A10铆钉连接GFRP/铝合金叠层的铆接干涉量影响研究

为了精确控制玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)/铝合金叠层的铆接干涉量,降低GFRP材料因铆接产生的损伤,需要对压铆力对干涉量的影响趋势进行研究。对2A10材料Φ4mm铆钉在连接GFRP/2A12铝合金叠层的电动伺服压铆过程及不同压铆力和预制孔下的铆接干涉量进行了有限元仿真分析,根据仿真结果开展了不同压铆力的压铆试验,对钉杆不同位置的干涉量进行了测量并做了微观检测分析。结果表明,同一预制孔下同测量位置的干涉量随着压铆力的增加而增大,同压铆力下干涉量沿叠层厚度方向(铆钉头向镦头方向)呈现递减趋势;选择Φ4.2mm预制孔、18.3~18.7kN压铆力能够获得理想干涉量且GFRP复合材料无明显损伤。

空间外差遥感数据光谱-干涉图双向校正算法研究

空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面环境的巨大差异,导致地面测定的校正参数对空间外差干涉图数据不再适用,特别是调制项误差(相位误差和非均匀误差)的改变,极大影响了光谱的准确性。针对空间外差遥感数据的调制项误差,从光谱与干涉图两个方面入手,进行误差分离与原因分析,认为空间外差遥感数据误差主要来源于CCD尺寸伸缩导致的光谱频率变化和CCD响应改变导致的干涉图强度变化,提出了光谱-干涉图双向校正方法。校正测试数据选取高分五号搭载检测仪(GMI)实测的12条O 2吸收光谱。取其中一条作为标定光谱,以SCIATRAN仿真的无误差光谱为基准,与标定光谱进行对比,分析两者在光谱维的频率偏差,通过特征峰频率确定两者的频率变换关系。然后根据变换关系将仿真光谱进行频率拉伸,使拉伸后的仿真光谱与实测光谱谱峰重合,计算拉伸仿真光谱与实测光谱干涉图,将两者干涉图相比得到干涉图强度的变化关系。最后将干涉图强度变化关系用于其余11条光谱的校正,得到校正后光谱。为了衡量校正效果,以校正前后光谱的标准差、均方误差和信噪比作为评价指标。结果显示标准差、均方误差都明显降低,同时信噪比显著增大,且标准差基本都在0.07以下,信噪比基本能达到20以上。其中校正效果最好的实测光谱,标准差减少了0.3767,信噪比提高了25.1016,均方误差降低了0.1587,校正效果较差的实测光谱,标准差减少了0.2296,信噪比提高了9.6328,均方误差降低了0.1049。因此所提出的光谱-干涉图双向校正方法对空间外差遥感数据的误差校正起到较好的效果,且处理过程简单,为同类数据的处理提供了一种新思路。

面向干涉包裹相位的多等级噪声抑制网络

包裹相位是激光干涉测量获取相位信息的前提,为了减小测量过程中噪声对包裹相位条纹的干扰,提高重构图像的质量,提出了一种非对称融合非局部边缘提取神经网络(Asymmetric Fusion Non-Local and Verge Extraction Neural Network,AFNVENet)。该网络在FFDNet基础上,设计了非对称融合非局部块和边缘提取模块,通过融合不同级别噪声特征及反向引导去噪过程,在有效抑制多等级噪声的同时,保留了更多的图像细节信息。选择带有乘性散斑与加性随机噪声的包裹相位数据集用于训练,通过消融实验和对比实验结果表明,AFNVENet算法对不同等级的噪声都具有更好的噪声滤除效果,当噪声标准差在[0,2.0]范围内变化时,去噪后的PSNR、SSIM和SSI均值分别达到24.88 dB,0.97和0.95。此外,通过进一步解包裹结果表明,AFNVENet去噪后的解包裹相位均方根误差均值比SCAF,NLM,KSVD和DnCNN分别减小了87%,73%,79%和36%,验证了该方法的可行性。AFNVENet方法在抑制噪声时具有较好的鲁棒性,可适用于不同干涉测量环境下多等级噪声的包裹相位信息恢复。