合成孔径雷达快速后向投影算法综述

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算法,包括距离-方位平面坐标系、地平面坐标系和非欧氏坐标系。该文首先简要介绍了原始BP算法的原理和不同坐标系对加速BP算法的影响,并对BP算法的发展历程进行梳理。然后讨论了基于不同成像面坐标系的快速BP算法的研究进展,并重点介绍了作者所在研究团队近年来在快速BP成像方面完成的研究工作。最后介绍了快速BP算法在工程上的应用,并展望了未来快速BP成像算法的研究发展趋势。

天基分布式光学合成孔径技术

宜居带行星探测研究是近年系外行星研究的热点领域之一,探测太阳系附近的宜居行星对研究生命起源等具有重要意义,成为系外行星探测的重要内容.天基分布式合成孔径技术作为系外宜居行星探测的重要手段,已经成为目前前沿光学技术研究的热点方向,但是仍有诸多技术问题需解决.本文从宜居行星搜寻计划的需求出发,根据以迈克尔逊干涉成像为基础的天基分布式合成孔径系统技术原理,介绍了国内外典型分布式合成孔径系统的技术发展,重点分析了实现天基分布式干涉成像所需采用的控制系统和技术,并阐述了解决高精度空间测距、高精度时间同步、多层级位相同步等关键问题的技术要点.为未来大型柔性可重构空间望远系统的建造提供了参考.

合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

多子阵SAS方位空变运动补偿子孔径算法

为解决方位空变的侧摆和偏航误差存在情形下合成孔径声纳的快速运动补偿与成像问题,提出一种多子阵合成孔径声纳方位空变运动补偿子孔径算法。首先,建立运动误差存在情形下的双程距离历程模型,并利用泰勒级数展开对双根号形式距离历程进行近似;然后,利用子孔径运动补偿和单基等效处理,将含有方位空变的侧摆和偏航误差的多子阵回波数据转换为理想的单阵回波数据;最后,利用经典的单阵频域逐线成像算法,实现快速运动补偿和高分辨成像。仿真实验与实测数据成像结果均验证了所提算法的有效性。

页岩核磁共振横向弛豫时间与孔径分布量化关系及应用

核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔径分布的关键参数——表面弛豫率。7块页岩样品的表面弛豫率为1.52~3.06 nm/ms,平均值为2.53 nm/ms。由表面弛豫率计算的孔径分布结果与低温氮吸附的NLDFT模型计算结果相似度高,证实了页岩表面弛豫率确定方法和取值的合理性。利用上述方法确定了济阳坳陷典型页岩薄层的孔径分布,结合储层物性和地球化学分析结果,认为页岩中泥质薄层主要起到生-储作用,而纤维状方解石薄层、粉晶方解石薄层和长英质薄层则可以作为储-渗通道。在研究页岩油微观富集、流动机制及评价页岩油“甜点”时,需细化分析不同薄层的孔径分布特征及其生-储-渗作用。

基于共享孔径技术的低RCS电磁超构表面天线设计

提出一种基于共享孔径技术设计低雷达散射截面(radar cross section,RCS)电磁超构表面天线的新方法.该方法首先设计具有低RCS性能的超构表面,然后借鉴共享孔径技术思想,将超构表面和传统天线的辐射结构直接共享口径紧密排列,得到新型低RCS天线结构,并结合电流分析和局部结构修正,优化天线的辐射性能,最终同时实现天线的良好辐射和宽带低RCS性能.为了阐明该方法,基于极化旋转机理设计了一款低RCS超构表面,采用共享孔径思想和电流分析,得到了一款宽带低RCS超构表面天线,详细分析了该天线的工作机理与性能.结果表明:设计的天线在保证较好辐射的同时,实现了超宽带RCS减缩,提出的设计方法摒弃了从天线到低RCS天线的传统设计思路,通过逆向思维,将散射的优化问题转化为辐射的优化问题,不仅实现了天线与超构表面的一体化设计,还显著地降低了低RCS天线优化设计的难度,加速了天线优化进程.

合成孔径雷达在深空探测任务中的应用与发展趋势

合成孔径雷达以飞机、卫星等运动物体为载体,具备全天候、全天时观测能力,俨然成为一种高效的遥感探测手段,在深空探测、军事侦察、地形测绘、灾害监测、农林生长监测和洋流观测等众多领域广泛应用。对几个国外深空探测器携带的SAR系统的技术状态、科学目标和探测成果进行了梳理,并作出了相应的比较分析,希望能够对中国未来深空探测任务提供一定的帮助。同时,对未来深空探测星载SAR发展趋势进行分析,星载SAR逐渐向着高分辨率、多参数、多模式、多基成像和轻量化等多方面发展,终将在更丰富的应用领域中发挥重要的作用。

激光毫米波共孔径干扰仿真及试验研究

对合束镜材料、厚度、尺寸等特征参数进行了仿真优化设计和试验验证,确定石英为合束镜优选基底材料,实现905 nm/1064 nm超高重频激光与8 mm毫米波波束共孔径发射。905 nm激光重频22.4 MHz,合束效率优于87.1%。针对905 nm激光引信模拟器实测干扰距离178.5 m,针对RCS=100 m^(2)目标毫米波等效最小干扰距离202 m。结果表明,研究为对抗复合探测威胁目标提供了一种新的技术途径,实现了激光毫米波波束共孔径高效发射,在装备研制中具有较高应用价值。

高精度毫米波柱面孔径全息成像算法研究

近年来,国际恐怖袭击事件时有发生,使得安全形势变得极为严峻,因此迫切需要引入新型的安全检查手段,防范和应对重大安全事故的发生。在此背景下,毫米波全息三维成像凭借其安全性、穿透性和高分辨率成像等优势,被广泛地应用在安检领域。由于人体安检需要在短时间内对目标进行精确的检测,具有实时性的特点,即需要在实时情况下快速做出判断和决策,因此对成像精度有着更高的要求。本文提出了一种高精度毫米波柱面孔径全息成像算法,给出了柱面孔径三维成像所需要满足的采样准则;首先,将成像区域划分为序列不同半径的成像柱面,依据成像精度和相位误差控制范围设置成像参考柱面,简化重复计算匹配滤波函数的过程;然后,将回波信号变换至三维波数域中,并与匹配滤波函数相乘;接着,沿距离向对匹配滤波的结果进行积分,聚焦获得相应半径柱面上目标的散射信息;最后,对不同半径柱面上的目标进行聚焦,获取目标的全部散射信息,进而完成对整个观测区域的三维图像重建。本文给出了参考面最佳分配策略和算法成像复杂度分析,并通过点目标仿真详细地分析了相位误差对成像质量的影响,并与现有的方法进行了比较,以及在同样的系统参数下对人体模特进行成像实验,仿真和实验的结果表明本文方法的有效性、精确性和正确性。

综合孔径微波辐射计的射频干扰源空间角度稀疏贝叶斯估计方法

该文提出一种综合孔径微波辐射计射频干扰源(RFI)空间稀疏贝叶斯估计方法。首先建立了综合孔径微波辐射计可见度函数干涉测量模型,观测数据表示为综合孔径天线基线对相关导向矢量观测矩阵与视场亮温的乘积,由于相关导向矢量观测矩阵的正交性和RFI空间角度分布的稀疏性,亮温在基线对相关导向矢量观测矩阵正交基所构成的支撑域中的变换系数是稀疏的。该文在稀疏贝叶斯学习(SBL)框架下对亮温进行稀疏重构。该方法在无需稀疏度和正则化参数等先验信息前提下也能获得较高的重构性能。计算机仿真验证了该方法的有效性。

多子阵合成孔径声呐6阶方位空变运动补偿快速算法

为解决6自由度运动误差存在情形下的多子阵合成孔径声呐快速运动补偿与成像问题,本文提出一种多子阵合成孔径声呐6阶方位空变运动补偿快速算法。在考虑6自由度运动误差随方位时间6阶空变特性的基础上,对双根号形式距离历程进行泰勒级数展开并保留至6阶项,进而推导得到严格解析的点目标响应二维谱,通过对传统四阶模型的距离多普勒算法进行改进,同时实现了6自由度运动误差的快速补偿和图像重建。仿真分析和实测数据成像结果表明了所提算法的有效性和高效率,可为大场景宽测绘带多子阵合成孔径声呐快速运动补偿和高分辨成像提供理论依据。

输水管线空气阀进排气孔径的合理选择

输水管线空气阀进排气孔径的选择,包括防水锤型空气阀低压进排气孔、缓冲板小排气孔和高压微量排气孔,不仅影响输水的安全性,而且严重影响工程投资。为了合理选择各种类型空气阀进排气孔径,本文首先提出了气体流量与流量系数、孔径、气压的函数关系,以及输水管液柱弥合水击压力与输水管直径、水击波速和空气阀流量改变量的函数关系;然后,建立了空气阀进排气孔径与输水管线充水和排水流速、负压控制要求及水击压力之间的函数关系,同时考虑了管材刚度和位置高程的影响。最后,分别以重力流输水管线和泵站加压输水管线为例,应用所得理论公式分别计算确定了复合式空气阀和防水锤型空气阀进排气孔孔径,结果表明按照本文公式确定的空气阀进排气孔径,不仅比按照常规经验确定的空气阀孔径小得多,而且可以有效削减输水管的液柱弥合水击压力。

比表面及孔径分析实验中培养学生利用物理化学知识分析问题的能力

物理化学是化学与化工等专业必修的专业基础课程,然而该课程具有理论内容多、概念抽象难懂、公式复杂易混等特点,因此学生学习起来非常困难。比表面及孔径分析仪是应用极其广泛的现代分析仪器,其使用过程中包含大量物理化学基础知识。因此借助比表面及孔径分析实验,引导学生利用开尔文公式、自由度、理想气体状态方程等物理化学知识解释仪器的工作原理,从而达到提高学生利用物理化学知识分析实际问题的能力。

圆弧式地基合成孔径雷达在边坡变形监测中的应用

边坡变形监测是防止滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的有效途径之一。圆弧式地基合成孔径雷达是一种非接触式的新型地表形变监测设备,具有高分辨率、高频率、高精度、全方位、全天候实时监测等优点,更能有效地满足边坡变形监测的全面性和连续性要求。为了验证该设备在边坡变形监测中的效果和精度,本文采用两种便携圆弧式地基合成孔径雷达系统进行测试。测试结果表明,两种设备均能快速、全面地获得整个边坡的形变情况,具有较高的分辨率和亚毫米级的监测精度,且能实时发出预警,是一种全面高效的边坡变形监测手段。

基于动态深度可分离卷积神经网络的管道泄漏孔径识别

针对传统模型为提高管道泄漏检测的精度而导致的模型结构复杂度、参数量和计算量大的问题,提出一种基于动态深度可分离卷积神经网络的管道泄漏孔径识别方法;动态卷积层将提取到的泄漏信号特征经过通道注意力权值计算和动态权值融合,通过动态深度可分离卷积层获得更强的特征表达能力,利用全局平均池化层降低网络模型参数,通过全连接层识别管道泄漏孔径。结果表明:新方法具有较高的识别精度,克服了传统模型资源开销大、功耗高的问题,降低了模型的训练时间,提升了管道泄漏孔径的识别速度,可用于工业中的管道泄漏程度监测。

基于遗传算法的双频共孔径稀疏天线阵列

针对卫星通信和数据传输等应用,提出了一款基于遗传算法的双频(Ku/S)共孔径稀疏阵列天线。该阵列天线具有剖面低、集成度高、副瓣低等优点。双频天线阵列在单一圆孔径中集成了稀疏排布的高频段(Ku:17 GHz)阵列与低频段(S:2.25 GHz)阵列,其中高频阵列排布方式基于遗传算法优化得到,具有低副瓣,高增益的特点,并为低频阵列的嵌入提供物理空间;低频阵列以三圈圆环阵列形式嵌入高频阵列中,可进一步优化高频阵列以保持高低频阵列均处于最优状态。所提出的双频天线阵列在60°扫描范围内获得高低频增益分别为26 dBi和15 dBi,均具有≥20 dB的副瓣抑制,且相对于全阵列天线,优化后阵面尺寸仅为原尺寸的60%。

细节护理干预联合ACS技术在膝关节损伤患者3.0T超大孔径磁共振检查中的应用效果

目的 分析细节护理干预联合人工智能辅助压缩感知(ACS)技术在膝关节损伤患者3.0T超大孔径磁共振检查中的应用效果。方法 选取2021年12月至2022年07月在我院接受3.0T超大孔径磁共振检查的64例膝关节损伤患者,随机分为对照组和实验组,每组为32例。对照组采用常规护理及MRI技术扫描,实验组采用细节护理干预联合ACS技术加速扫描。分析比较两组患者干预后焦虑情绪[焦虑自评量表(SAS)]及疼痛感受[视觉模拟评分(VAS)]、一次检查成功率,患者满意度以及医院安全事件发生风险。结果 干预后,实验组患者SAS及VAS评分低于对照组(P<0.05)。实验组患者一次检查成功率(96.87%vs 81.25%)和满意度(93.75%vs 68.75%)均高于对照组(P<0.05)。实验组患者风险评估、信息传达、危险防范、危险处置以及安全护理平均分高于对照组(P<0.05)。结论 细节护理干预联合ACS技术有助于缓解膝关节损伤患者的焦虑状态、疼痛程度,可提高MRI扫描效率及安全性,提升患者满意度,具有很好的推广价值。

大孔径CT结合三维可移动激光系统引导下胸部肿物穿刺活检术的价值研究

目的:评估大孔径CT结合三维可移动激光系统引导下胸部肿物穿刺活检术与传统大孔径CT引导下的穿刺活检术的临床效果。方法:2019年9月至2020年12月期间,共选取170例符合条件的患者纳入研究,随机分为研究组(n=87)和对照组(n=83),研究组接受大孔径CT结合三维可移动激光系统引导,对照组仅接受大孔径CT引导。比较两组的穿刺时间、进针次数、并发症发生率、穿刺成功率和病理阳性率。结果:研究组的穿刺时间明显短于对照组,进针次数明显少于对照组(P<0.05);研究组并发症发生率显著低于对照组(P<0.05);研究组穿刺成功率和病理阳性率均显著高于对照组(P<0.05)。结论:大孔径CT结合三维可移动激光系统引导下胸部肿物穿刺活检术相比传统方法有更高的穿刺准确性和病理阳性率,同时减少了穿刺时间和进针次数,降低了并发症风险。

空天基合成孔径雷达多域抗干扰技术综述

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是现代雷达技术发展的主要成就之一,具有全天候、全天时、高分辨率的特性,广泛应用于空基及天基各类平台。现代战场电磁环境日趋恶劣,电子战装备可以在多维度产生高强度、多样式和有针对性的电子干扰,极大制约了SAR作战效能的发挥,如何提高SAR抗干扰能力已成为当前国内外该领域研究热点。本文探讨了SAR常规抗干扰思路和优缺点,并以雷达信号发射和信号接收两个方面为主线,围绕空域、时域、频域、能量域、极化域以及数据处理域等多域,结合仿真和试验数据分析了典型空天基SAR抗干扰方法的实施效果,最后分析其未来的发展趋势,为以后的相关技术研究提供参考。

一种分布式孔径阵列中的同步和校正方法

分布式孔径阵列实现了传统大孔径雷达的效能,规避了传统大孔径雷达的弊端,但因其体制特点带来新的问题。不同孔径单元之间有同步误差,以及接收机通道间的幅相不一致性,这些误差会造成相控阵天线接收波束的指向发生变化、副瓣增高、天线增益下降等一系列问题,导致分布式孔径阵列性能下降。为了实现分布式系统的全相参工作,需要各单元雷达之间时间、空间和相位的同步。本文采用单元间同步和内校正的方法实现了分布式孔径阵列的同步,并在工程应用中取得了较好的效果。