环形孔径成像系统的杂散光抑制方法研究

文章提出了一种针对单片式环形孔径成像系统的杂散光抑制结构,根据系统杂散光分析设计了消杂光结构,推导了遮光罩几何公式。在仿真软件中对离轴角为0°~90°范围内的杂散光进行光线追迹,并绘制了点源透过率(PST)曲线。当红外波段离轴角小于15°时,杂散光PST值降低了2数量级,而当离轴角大于15°时,杂散光PST值降低了2至4数量级。结果表明,在实现小型化特点的前提下,文中设计的遮光罩结构使环形孔径系统具有良好的杂散光抑制能力。

矿井瞬变电磁法超前探测合成孔径成像研究

在矿井瞬变电磁超前探测数据处理和解释中,为了更好地识别巷道前方含水体电性分界面,利用扩散场与波动场间的函数关系,将矿井瞬变电磁法超前探测中瞬变电磁波场转换为拟地震波场,实现波场转换.同时,为了解决波场转换后信号幅值偏弱,以增加信噪比利于解释,利用雷达的合成孔径方法对波场转换后的拟地震信号进行相关叠加处理.将矿井瞬变电磁法巷道超前探测的同一测点不同探测方向的数据作为孔径数据进行合成孔径成像,以突出弱异常而提高信噪比,结合应用实例验证了方法的效果.研究表明,矿井瞬变电磁法合成孔径成像方法能够提高电性界面信息的信噪比和界面几何分辨率,对矿井瞬变电磁法精细超前探测含水构造具有重要的理论意义和应用价值.

电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像

电性源地空瞬变电磁法具有工作效率高、勘探深度大、采集信号信噪比高、适用于地形地质条件复杂地区等优点.但是,到目前为止,由于尚未建立起该方法的解释系统,大大制约了该方法的发展.本文旨在建立起完整的地空电磁探测系统,丰富整个探测系统的理论.本文围绕地空瞬变电磁法全域视电阻率定义、瞬变电磁虚拟波场的克希霍夫偏移成像、逆合成孔径成像方法三个科学问题进行了系统研究.提出了用磁场强度定义全域视电阻率的迭代算法,理论模型试验结果表明计算出的视电阻率曲线首支趋于第一层电阻率,尾支趋于最后一层电阻率,实现了全空域、全时域视电阻率的计算;在先前研究的基础上,实现了适合电性源地空装置的瞬变电磁虚拟波场的克希霍夫偏移成像;采用相关迭加技术,实现孔径内多测点数据合成,将传统的单点处理方式发展成为逐点推移多次覆盖的逆合成孔径处理方法.层状模型试验表明:(1)全域视电阻率能够光滑、完整、渐变地反映出模型的电性信息变化;(2)当改变三层模型中间层电阻率时,全域视电阻率曲线随着参数的改变分异明显,对电性层的识别容易且直观;(3)由于在电阻率计算中同时考虑了接收机高度、偏移距、时间等各参数的影响,全域视电阻率可实现全空域、全时域的视电阻率计算.含水采空区的复杂模型算例表明:(1)根据不同测线的全域视电阻率结果可以看出,在靠近采空区的位置,全域视电阻率断面可以清晰地反映出采空区的空间位置,随着测线离采空区越来越远,采空区异常越来越弱直至消失;(2)波场变换和偏移成像的结果显示存在两个电性差异较大的界面,上界面指示地表,由于空气和大地之间的电性差异较大,故该界面波场信号反映强烈,遍布整个区域,下界面异常信号则主要集中在中部,向外逐渐减弱,指示采空区;(3)逆合成孔径成像结果表明地表界面在合成前后没有变化,而采空区异常合成后范围明显变小,且异常边界清晰,指示的采空区位置与模型吻合很好.本文借助于逆合成孔径雷达成像的基本思想,建立了一套电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像方法.基于反函数思想结合迭代算法提出的电性源地空瞬变电磁法的全域视电阻率定义方法,实现了全空域、全时域的视电阻率计算;借鉴瞬变电磁拟地震偏移成像算法,实现了瞬变场的三维成像;借鉴逆合成孔径雷达的思想,提出电性源瞬变电磁地空逆合成孔径算法,进一步提高了成像的分辨率.采空区模型算例表明相关叠加合成确实具有增强有用信号、提高信噪比、提高分辨率的诸多优点,证实了瞬变电磁地空逆合成孔径成像方法的有效性.

大口径光学合成孔径成像技术发展现状

简明介绍了光学合成孔径的两种成像方式和光学波段合成孔径的发展概况。全面介绍镜面拼接、稀疏孔径和位相阵列3种合成孔径结构系统国内外发展现状。归纳出了目前光学合成孔径技术在天基和地基观测系统的发展趋势及技术难题。与传统单一口径的光学系统相比,光学合成孔径系统具有更高的分辨率、镜面加工难度低、易折叠、重量轻等特点,是实现高分辨率光学成像系统的一种重要且有效途径。

逆合成孔径成像激光雷达成像算法

逆合成孔径成像激光雷达是一种能实现运动目标超高分辨实时成像的雷达,它在发射激光信号的基础上,运用逆合成孔径原理对目标进行成像。但激光信号具有极高载频、超大带宽和极短波长的特性,传统的距离-多普勒算法不再适用。在对回波信号特征进行分析的基础上,利用重排维格纳分布和Hough变换对光外差探测后的信号进行时频分析以估计目标的运动速度,构造有效的补偿因子,完成了对回波信号的精确运动补偿,并进一步采用Keystone变换完成对目标散射点的越距离单元徙动校正,实现了对目标的高分辨二维成像。仿真实验验证了成像算法的有效性,并通过与微波波段逆合成孔径雷达的比较,证明了逆合成孔径成像激光雷达可实现对运动目标更快速、更高分辨的成像。

逆合成孔径成像激光雷达数据采样技术

逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标的高分辨实时成像,但激光信号的极大带宽和目标回波信号的微弱性给雷达回波数据的接收和处理带来了较大困难.针对这一问题,提出了基于光外差探测手段和压缩感知理论相结合的信号采样方法,首先通过光外差探测降低回波信号的有效带宽,再结合压缩感知理论实现对信号的稀疏化采样和重构.仿真结果证明了运用本文所提出的采样方法,在使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率时,仍然能够实现对目标的高质量成像.

逆合成孔径成像激光雷达高分辨成像算法

逆合成孔径成像激光雷达发射的激光信号具有极高载频、超大带宽和极短波长的特性,传统的距离-多普勒算法不再适用。在对回波信号特征进行分析的基础上,利用重排Wigner分布和Radon变换对光外差探测后的信号进行时频分析,估计出目标的径向速度,实现对回波信号的精确运动补偿。最后利用改进的距离-多普勒算法,完成对目标的超高分辨二维成像。仿真验证了成像算法的有效性,并通过与微波波段逆合成孔径雷达的比较,证明了逆合成孔径成像激光雷达可以实现对运动目标更快速、更高分辨的成像。

环阵多阵元合成孔径成像F数优化研究

使用环形阵列的超声计算机断层扫描(USCT)在乳腺组织成像和工业无损检测方面展示了显著潜力,但图像重建质量仍面临挑战。该研究提出将F数应用于多阵元合成孔径聚焦成像方法,在环形阵列中实现对目标的自动扫查,并探讨F数对环形阵列合成孔径成像的影响。通过仿真和实验,使用乳腺仿真模型和直径0.3 mm的尼龙丝作为测试对象,设置发射和接收F数为F、F/2、F/4、F/8、F/16进行图像重建,并进行阈值分割处理和半高宽(FWHM)分析。结果显示,较低接收F数能够显著减少靶标畸变并提高成像精度,其重建图像尺寸误差减少了28.3%。对于点目标,低接收F数显著提高了空间分辨率,其中轴向分辨率提升了40%,横向分辨率提升了36.7%。该研究为提升环形阵列USCT成像性能提供了新的思路和方法。

逆合成孔径成像激光雷达微多普勒效应分析及特征提取

研究了基于逆合成孔径成像激光雷达的目标微多普勒效应,分析了激光信号高载频和大带宽对目标微动点一维距离像的影响,在此基础上建立了相应的微多普勒特征参数方程并讨论了快时间对微多普勒效应的影响.针对逆合成孔径成像激光雷达系统目标微多普勒效应的特点,提出了一种结合二值数学形态学腐蚀膨胀运算和推广Hough变换的目标微多普勒特征提取方法.仿真实验验证了文中微多普勒效应理论分析和微多普勒特征提取算法的正确性,并证明了逆合成孔径成像激光雷达对厘米或毫米量级微动观测的有效性.

激光雷达信号相位误差对合成孔径成像的影响和校正

针对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar,SAL),分析了信号相位误差对合成孔径成像的影响。建立了激光信号模型,分析了激光信号相干性对SAL方位分辨率的影响,给出通过本振信号延时处理保证相干性的解决方案。分析了LFM信号非线性失真对距离分辨率的影响,为同时解决激光LFM信号调制放大过程引入的脉冲间随机初相位问题,提出一种基于参考通道的LFM信号非线性失真和脉冲间随机初相位定标校正方法。给出了实验和仿真数据处理结果。

逆合成孔径成像激光雷达系统建模及成像仿真

逆合成孔径成像激光雷达能突破传统成像激光雷达扫描体制的限制,实现对运动目标实时高分辨成像,对运动目标的探测与识别具有重要意义。分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨成像原理,并综合考虑系统结构、大气衰减、背景噪声、目标散射特性等多方面因素,建立了仿真模型,对成像流程与分辨能力进行了详细分析。仿真实验证明了逆合成孔径成像激光雷达具有优于微波波段逆合成孔径雷达的成像效果以及文中建立的仿真模型的有效性。

逆合成孔径成像激光雷达低信噪比稀疏多孔径成像方法研究

受目标非合作特性的影响,逆合成孔径成像激光雷达(ISAIL)回波存在缺失;同时受大气衰减和自然背景光等因素的影响,ISAIL回波信号信噪比较低,因此,常规的稀疏多孔径成像方法不再适用。针对上述问题,该文提出了一种结合压缩感知(CS)和权矩阵的稀疏多孔径成像方法。首先,通过基于CS的稀疏多孔径成像方法对原始数据处理,得到目标像的支撑域;然后,据此建立权矩阵,优化采用CS重构时的代价函数,对稀疏多孔径ISAIL原始数据进行成像处理,利用不完整的回波信号获得高分辨目标像。此算法具有较好的抗噪能力。采用室内ISAIL系统实测数据验证了算法的有效性。

激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题

逆合成孔径成像激光雷达是成像雷达体制的创新和拓展,是逆合成孔径技术和激光雷达技术的创造性结合,以其理论上优异的成像性能和在军事、民用领域的应用前景引起了人们的关注。结合国外典型的逆合成孔径成像激光雷达系统,介绍了该技术的研究进展和现状,理论上分析了激光波段逆合成孔径成像技术相比于微波波段的优势和瓶颈,该技术具有方位向分辨率高、相干积累时间短等优点,但其较大的多普勒频移致使运动补偿相位校正十分困难,讨论了激光雷达逆合成孔径成像技术发展面临的关键问题,诸如激光光源频率稳定性需求、相干探测条件、运动补偿和大气传输补偿等。为进一步对激光雷达逆合成孔径成像技术进行深入理论和实验研究打下了基础。

基于Stolt偏移的探地雷达合成孔径成像研究

对探地雷达数据进行合成孔径处理可提高探地雷达图像的分辨力 ,有利于对地下目标的探测及精确定位。文中提出了一种新的stolt偏移插值实现方法 ,用于探地雷达合成孔径成像 ,它能克服传统方法中偏移能量不集中的缺点并保持处理速度快的优点 ,通过对实测数据进行处理 。

一种弹载SAR子孔径成像算法

弹载合成孔径雷达在子孔径信号处理时,由于运动的复杂性和距离方位的强耦合,增加了成像处理的难度。针对这一问题,该文分析了该成像体制下的距离徙动特性并引入二次调频函数进行统一距离徙动校正;在方位向处理上则通过频域投影补偿调频率空变。与传统算法相比,新算法可对子孔径回波进行更有效的成像与聚焦,仿真结果证明了算法的正确性和有效性。

一种220 GHz波段太赫兹合成孔径成像雷达

微波频段的机载合成孔径成像雷达在对地观测方面具有广泛应用,但其合成孔径成像积累时间长,成像帧率低,提高雷达工作频率能够减小合成孔径所需转角,提高成像帧率。设计了一种工作在220 GHz波段的太赫兹合成孔径成像雷达系统,采用收发天线分置、发射宽带线性调频连续波的体制,最大信号带宽4.8 GHz,输出信号功率约20 m W。宽带回波信号幅度相位经外标校补偿,通过成像试验,验证了太赫兹ISAR与SAR成像分辨率约3.2 cm,可实现5Hz的成像帧率,证明太赫兹波段能够大幅提升成像帧率,满足快速成像的要求。

前视探地雷达波速估计及合成孔径成像研究

前视探地雷达的成像处理和地下电磁波的速度估计是前视探地雷达应用中两个重要研究课题。该文利用非平稳滤波矩阵将雷达接收数据经频率域非平稳卷积滤波,实现了目标图像的重建;通过波速扫描和合成孔径成像处理,利用目标图像聚焦的锋利性测度-图像灰度方差估计地下电磁波的速度。对仿真数据和实测数据进行处理,证明了所提方法的有效性。

机载合成孔径雷达大斜视高分辨率重叠子孔径成像算法研究

该文提出了一种结合图像二维几何失真校正和空变相位误差补偿的大斜视、高分辨率机载合成孔径雷达重叠子孔径成像处理方法。其运动补偿过程不需要实时调整雷达参数,易于工程实现。整个成像处理过程融合了基于频谱分析的分步变换技术,以线性距离多普勒算法生成子孔径图像为前提,根据转台成像的基本原理,通过固定参考系下地理坐标的变换和定位,实现了不同子孔径图像之间散射点的距离和多普勒对准,并有效地补偿了空变剩余相位误差。点目标仿真和实测数据成像结果证明了该处理方法的有效性。

基于逆合成孔径成像激光雷达的自旋小目标成像系统

为了获得毫米级自旋小目标的清晰成像,采用逆合成孔径成像激光雷达技术设计了基于距离向数据与方位向数据相融合的图像重建系统。系统采用大带宽、窄线宽光纤激光器配合调制器实现激光脉冲的线性调频,利用光外差原理对回波信号进行采集处理。结合自旋目标的运动特性,给出了含有自旋分量的回波信号函数方程,并将该分量引入传统的R-D算法中实现了对自旋目标的ISAIL二维图像的重建。实验采用毫米级铝条构成被测小目标,通过步进电机及带倾角的转台完成运动及自旋模拟。实验结果显示,当目标固定时,可通过回波能量数据获得一维距离向图像,与被测目标的4个特征点位置一致。当目标运动时,通过数据压缩并代入自旋参量,最后通过R-D算法可以获得可识别的ISAIL二维图像,验证了系统符合自旋小目标成像的设计要求。

稀疏孔径成像系统发展概况

介绍了稀疏孔径成像系统的发展现状。重点介绍了系统的成像原理和种类,国外的研究进展以及系统实现的关键技术和应用前景。