ALOS-2 PALSAR-2的干涉相干性分析--以黄河上游地区为例

作为目前仅有的L波段星载SAR系统,PALSAR-2在国土资源调查和地质灾害监测方面有着广泛和独特的应用潜力。自其发射运行以来,它的数据质量成为用户们广泛关注的焦点。对于涉及雷达干涉测量的应用来说,干涉相干性是SAR数据最重要的质量评价指标之一。本文选取了覆盖黄河上游山区的PALSAR-2与PALSAR各一对影像,开展了干涉处理实验分析。本文提出采用相干分解技术,可以抑制几何去相干的影响,并从地物类型和地形坡度两个方面,分析比较它们的相干性分布差异,同时,给出了黄河上游地区的差分干涉初步结果。实验结果表明,在地形起伏较大的地区,相似观测模式获取的PALSAR-2数据的相干性通常优于PALSAR数据,干涉性能有显著的提升。同时,PALSAR-2差分干涉图在拉西瓦水电站果卜岸坡坡体上探测到了清晰的形变条纹,在滑坡体形变监测方面展现出巨大的应用潜力。

非回转对称次波前退化下的干涉相干成像像差

干涉补偿检测系统中检测波前在补偿光路传播中发生退化,不可避免地引入了干涉相干成像像差,使得仪器的传递函数在高频段急剧下降,严重限制了检测精度。建立了一种干涉相干成像像差模型来揭示波前空间频率信息受干涉相干成像像差影响的退化机制,提出了非回转对称波前传播理论来阐述非回转对称波前的演化机理。然后,结合细光束追迹与波前演化的混合分析方法建立了干涉相干成像像差的数学模型,实现了次波前非回转对称传播条件下调频函数的数值化,进一步建立离焦量与波前分布的函数关系。最后,利用干涉补偿检测系统完成模型的实验验证。实验结果表明,实际值与预计值的残差结果均小于0.05 waves,模型的对称平均绝对百分比误差(SMAPE)为8.26%,平均相对误差(MRE)为3.35%,相比亚利桑那大学提出的基于Talbot效应与菲涅尔衍射分析得到的理论模型有更好的契合度。由此验证了该模型的准确性与预测性,该模型对于提高干涉补偿检测的检测精度有重要意义。

基于低相干干涉的孔类零件内表面测量系统研究

对孔类零件的内表面进行测量是判断其加工质量和使用寿命的重要手段。针对精密孔类零件内表面测量的需求,提出一种基于低相干干涉的内表面测量及信号处理方法,并搭建了完整的检测系统。对低相干干涉的测量原理进行了分析;搭建了以迈克尔逊干涉仪为主体,主要包含光源、探测器、数据采集仪、参考臂、样品臂等部分的检测系统;研究了干涉信号滤波以及包络峰值提取算法;最后,通过实验验证了此系统可以表征孔类零件的内部特征,并且其测量精度可达10μm以内。

基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。

基于低相干光干涉原理的眼轴测量研究

眼轴长度测量的精确度对近视防控及白内障患者术后视力恢复治疗等具有重要意义。本文介绍一种非接触光学测量技术,利用低相干光干涉原理研究相比传统测量及其他光学测量的新的系统,通过两路回光产生的干涉,达到无接触、精度更高的测量,达到20μm的误差,并进行模拟眼重复性测试,与现有IOL Master进行多组数据对比,验证其良好的准确性与精确度。

干涉雷达地表相干特性分析及土地类型分类

基于重轨干涉相干测量的基本原理 ,利用ERS 1/ 2重轨干涉雷达数据 ,对大部分地表有、无积雪覆盖时的地表的相干特性进行了分析 ,并在此基础上 ,利用地物的相干特性和振幅强度信息 。

透明薄膜的干涉相干峰分离算法

白光干涉技术具有高度唯一性,广泛地被使用在三维表面形貌和台阶高度的测量。但是测量透明薄膜时,薄膜表面和基面都有光线反射与参考光线交汇,在被测表面的同一个位置不同高度两次产生干涉条纹,其干涉相干图中出现两个峰值。通过分析透明薄膜产生的干涉相干图的特点,提出了两种算法用来分离不同表面产生的干涉条纹。理论分析和试验结果表明,利用垂直扫描白光干涉法测量透明薄膜,由峰值分离算法和定位算法分别提取薄膜的上下表面,能够得到透明薄膜的高精度三维形貌和厚度信息。

基于植被指数的Sentinel-1失相干评估

Sentinel-1数据自全球免费开放以来已被广泛应用于合成孔径雷达干涉测量及相关应用领域,但是其短波长的特性使其容易在部分低相干区域,特别是在植被覆盖区产生失相干现象,因而目前主流的干涉后失相干评估策略可能会造成Sentinel-1数据的浪费和研究成本的提升。针对此情况,本文在顾及极化方式的前提下,分别建立了光学遥感植被指数NDVI和VV/VH极化下Sentinel-1相干系数的定量模型,并在邻近的验证区对模型精度进行了验证,证明了模型的可靠性。基于建立的模型,可以在Sentinel-1数据干涉前对失相干进行定量评估,以克服上述干涉后评估策略的缺点,提高干涉测量的效率并降低研究成本。

基于分类的极化干涉SAR数据相干斑滤波方法

提出一种极化干涉SAR数据滤波方法.通过结合最优干涉相干系数和Freeman-Durden分解的非监督分类方法,利用干涉信息对极化信息不敏感的体散射区域进行进一步的划分;再选择与中心像素同类且干涉相位相近的像素参与滤波,达到在滤波的同时更好地保护数据极化信息和干涉信息的目的.利用ESAR数据进行实验,证明2种改进算法在抑制相干斑的同时,能有效保持目标散射特性、数据极化信息和干涉信息.

光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化,提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法。建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型,分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度,讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限。结果显示,在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6 m-1;增加光热作用区m个,探测灵敏度理论值可提高m倍。理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本,易于进行温度修正等优点。

双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的数值分析

提出了采用双波长光学低相干干涉仪(Optical low coherence interferometer,OCI)来测量人体视网膜血管中血氧饱和度(Oxygen Saturation,SO2)的方法.详细阐述了双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的基本原理,并分析了OCI中双波长的选择原则.基于内径为200μm的毛细玻璃管的简易人眼视网膜血管模型,分别模拟了光源中心波长为680 nm和820 nm时血液血氧饱和度由40%提高到60%时对应干涉信号的变化.数值分析表明,要判别20%的血氧饱和度变化,OCI系统灵敏度至少要达到70 dB.

脂肪乳液中物质浓度的光学低相干干涉测量

为了实现对散射介质的非接触测量，有效地提高灵敏度，提出了光学低相千干涉测量方法．采用光纤型迈克尔逊干涉结构，增加了扫描延迟线和光学外差探测电路，实现了具有光程分辨能力的干涉测量．以脂肪乳剂Intralipid为样本，通过稀释和加入染色剂的方法改变其散射和吸收特性．通过对溶液内反射信号的干涉测量和曲线拟合，研究了光程相关的干涉光信号与物质浓度的依赖关系．实验对象为散射和吸收特性相对稳定的脂肪乳剂和印度墨水混合物，其中Intralipid乳剂浓度在4％～16％之间，印度墨水浓度在0—1％之间．拟合方法引用了广义惠更斯菲涅耳（EHF）模型的解析表达式，拟合相关系数在0．98以上．实验结果与积分球测量结果进行了比较，初步验证了理论方法的可行性。

基于相干Doppler干涉的微动目标宽带成像方法

二维像是雷达目标最重要的特征之一,它反映了目标的几何形状、散射结构等特性。在目标存在微动的情况下,即使目标散射中心不发生越距离单元走动,微动带来宽带回波的非线性相位也会导致方位向的散焦。针对这一问题,提出了基于相干多普勒干涉的微动目标宽带雷达成像算法,其核心思想是在对强散射中心所在的距离单元进行相干多普勒干涉成像的基础上,再进行目标二维像重构。仿真实验验证了所提算法的有效性。

相干梯度敏感(CGS)干涉测量技术及其应用研究

首先介绍了相干梯度敏感(CGS:Coherent Gradient Sensing)光学干涉测量技术的最新研究进展;其次,详细介绍了透射CGS方法和反射CGS方法的基本原理及实验技术;最后给出了CGS技术在各种断裂力学研究中的应用,不仅给出了各向同性均匀聚合物材料I型、混合型、V型裂纹及梯度材料I型裂纹尖端奇异场的控制方程,而且给出了对应各自情况下的CGS光学条纹模拟与实验图像。研究结果将为实验断裂力学研究提供基础性理论和实验应力分析手段。

采用相干单距离多普勒干涉的太空碎片成像

对于尺寸小于雷达距离分辨率的太空碎片的雷达成像,假设在平动运动完全补偿的条件下,根据太空碎片的运动特点,提出了采用相干单距离多普勒干涉的成像方法.该算法同时利用信号时频谱的强度和相位分布,通过正弦曲线搜索实现对信号的相干积分,从而获得太空碎片的高分辨二维图像.此外,分析了该算法的分辨率及图像质量与时频谱的关系,据此给出一种对应的窗函数的选取准则.

光纤布喇格光栅色散测量的低相干干涉方法

用低相干干涉方法测量光纤布喇格光栅色散。通过对采集的干涉图数据进行离散傅里叶变换处理,提取相位,最终得到作为波长函数的群时延。获得实验结果只需几分钟时间,重复性优于5 ps。结果表明采用低相干干涉方法测量光纤布喇格光栅色散是可行的。

频域低相干光干涉的折射率三维重建系统

结合频域低相干光干涉及计算机断层重建技术,建立了光学折射率三维重建系统,系统主要包括宽带光源、光纤迈克尔逊干涉仪、光谱仪。由光谱仪采集探测光和参考光的干涉光谱,经傅里叶变换计算样品折射率的直线投影,利用滤波反投影算法进行折射率重建,得到样品的三维折射率分布。用塑料管对本方法进行了实验验证,该系统适合于对折射率均匀和非均匀的样品进行三维成像,该系统能检测到的折射率灵敏度约为0.01。本实验系统适合于作为本科生综合设计性物理实验项目。

偏振光学相干干涉生物测量精确性和可重复性研究(英文)

目的:比较偏振光学相干干涉(partial coherence interferometry,PCI)与接触式A超对眼前节参数的生物学测量结果,以评价两者在眼内人工晶状体屈光度计算的精确性和可重复性。方法:施行白内障超声乳化摘除联合人工晶状体植入手术的患者121例137眼,分别用PCI与接触式A超于术前测量眼前节相关参数,术后测量最佳矫正视力和实际屈光度。结果:PCI与接触式A超测量前房深度(anterior chamber depth,ACD)值分别为2.94±0.49mm,2.69±0.51mm,配对t检验,两者的差值为0.25±0.22mm(P<0.001),有显著差异(r=0.823,P<0.001)。测量眼轴长度(axial length,AL)值分别为24.17±1.64mm,23.81±1.83mm,配对t检验,两者差值为0.36±0.24mm(P<0.001),有显著差异(r=0.996,P<0.001)。两者测量ACD和AL的95%一致率分别为-0.08mm^+0.48mm,-0.09mm^+0.69mm。IOLMaster生物测量平均预期屈光误差为-0.15±0.38D,平均绝对屈光误差为0.29±0.27D,而优化后的接触式A超测量与IOLMaster相比,平均绝对屈光误差明显增大为0.41±0.38D。同一测量者应用IOLMaster进行AL、ACD、角膜曲率半径的连续测量获得的标准差分别为±25.6μm,±33.4μm,±12.9μm,变异系数分别为0.11%,0.52%,0.17%;两位不同测量者间测量标准差分别为±21.5,±29.8,±15.9μm,变异系数分别为0.09%,0.62%,0.21%。各测量参数的可信度AL为99.9%,ACD为97.8%,角膜曲率半径(r1/r2)为99.8%/99.5%。结论:PCI与接触式A超均可用于眼前节参数的生物测量,两者的相关性好。但基于光学原理的PCI与接触式A超相比,具有良好的精确性和可重复性,并可同时测量出其他相关参数,具有较好的临床应用前景。

内表面污染物的低相干光干涉检测法

为检测透明容器内表面是否存在污染物,建立了基于容器壁内表面反射的低相干光干涉测量系统。实验采用宽带低相干半导体激光光源和改进的迈克尔逊干涉仪。将测量臂光路对准透明容器,并调节参考臂的光程,使容器内表面反射光的光程与参考臂反射光的光程相等,并出现干涉现象,捕捉并记录此动态干涉信号。经MATLAB软件处理并提取此信号,根据干涉光强度的不同即可辨别透明容器内是否存在污染物。该检测法可为生物医学、食品质检等领域检测透明容器内表面污染物提供一种方便快捷的新方法。

基于差分探测的低相干外差干涉间隙测量技术

针对低相干外差干涉间隙测量技术应用于发动机、燃气轮机等设备内部高温、高压、强振等恶劣环境时,面临信号弱、信噪比差导致测量范围受限的问题,提出利用差分探测技术来提升拍频信号信噪比的方法。围绕所提出的方法,建立了严格的间隙测量模型,并从理论上说明了其具有提升信号信噪比、扩大测量范围的优势。为证明方法的可行性,搭建了全光纤低相干外差干涉间隙测量实验验证系统,进行单端探测与差分探测的间隙测量对比实验。实验结果表明在同等测量条件下,差分探测方式将信噪比提高了4.22倍,测量范围由10 mm增加到了20 mm。进一步,对系统的测量不确定进行了分析,理论和实验均表明,由于光纤延迟器件扫描速度的不稳定性,系统测量不确定度整体上具有随测量间隙增大而增大的趋势,但在20 mm测量范围内,测量不确定不超过15μm。