新体制光学遥感卫星变转速环扫控制方法

针对基于圆锥扫描的新体制超宽覆盖光学遥感卫星在变转速环扫成像过程中,多条带在固定时间内有效拼接的问题,为了确保其在一个环扫周期内,卫星在相机开机期间绕对地轴慢速稳定自旋、相机关机期间变转速快速自旋,并且在下一次相机开机时刻自旋到指定的相位,提出一种bang-bang控制与固定时间控制相结合的复合控制方法。首先给出变转速姿态控制问题的数学模型,并采用两次坐标旋转,分别描述垂直于自旋轴和绕自旋轴的运动,建立光学环扫成像卫星的姿态模型。针对变转速环扫控制问题,将bang-bang控制与固定时间控制相结合,设计控制策略,并推导固定时间控制律。仿真校验结果表明,所提出的控制方法对于解决光学环扫成像卫星变转速环扫控制问题具备有效性,并具有良好的控制精度。

垂轨环扫卫星影像有理函数模型的构建及精度评估

垂轨环扫传感器能兼顾实现超大幅宽(千公里级)与高分辨率(米级)成像,其影像数据量远超传统卫星(单景影像达几百GB)。为了探究该成像方式下影像有理函数模型的适用性和精度,基于垂轨环扫传感器成像原理构建其严格成像模型。针对垂轨环扫影像特性,提出一种结合数字高程模型的地形相关控制点布设方案。采用星下点坐标确定初始迭代区间的方法解决大幅宽条件下反投影计算失效的问题,从而实现任意幅宽影像整景范围内物方坐标到像方坐标的求解。最后,通过生成不同幅宽的模拟影像及姿轨数据完成有理函数模型的建立,探究有理函数模型对严格成型模型的拟合精度。实验表明:3000 km幅宽时,一景实验影像在大地坐标系下地形无关、地形相关方案得到的有理函数模型的拟合误差分别为3004.25,1939.04 pixel;地心直角坐标系下的拟合误差为27.50,24.96 pixel。影像大幅宽时,主要受地球曲率影响,大地坐标系解算的RPC误差极大;在地心直角坐标系下解算的RPC具有更高的拟合精度,但二者均无法实现对严格成像模型的高精度拟合。对垂轨环扫卫星影像有理函数模型拟合精度的初步探究为卫星入轨交付后的影像处理奠定了技术基础。

雷达下视环扫成像分辨率研究

雷达下视环扫成像作为一种特殊的成像方式,可在较大地域范围对感兴趣的目标快速成像,继而对飞行器定位并精确制导。对下视环扫DBS和环扫SAR两种成像模式进行了分辨率研究,纠正了一些文献在DBS分辨率计算时存在的混淆;对两种环扫模式的理论方位分辨率进行了比较;建立了飞行器末段环扫成像参数的优化模型,给出优化方法。分析了不同环扫模式的适用性,并指出相比全程环扫SAR模式,高程环扫SAR+低程环扫DBS的成像模式可为定位增加信息量,但改善量不大。

环扫SAR的快速聚焦成像算法

针对环扫合成孔径雷达的成像方法进行研究,分析了环扫合成孔径雷达的工作原理以及信号模型,并提出一种基于频谱分析的聚焦成像算法,该算法较好地校正了批处理数据内的距离徙动,适合对环扫SAR(Synthetic Aperture Radar)进行高精度成像处理.给出了块数据快速聚焦算法的流程图以及简单的推导过程,并在此基础上给出了环扫SAR成像处理的完整流程.较之经典多普勒波束锐化DBS(Doppler Beam Sharpening)非聚焦算法,这种聚焦算法计算量略大,但成像精度高;较之ECS(Extended Chirp Scaling)算法,虽然补偿精度稍低,但计算量大大降低.因此这种算法能够很好地用于环扫SAR高分辨率快速成像.计算机仿真结果验证本文算法的有效性.

航天相机环扫成像模式设计

为了满足敏捷卫星广域搜索需求,设计了航天相机环扫成像模式。建立环扫成像模型,通过对环扫成像原理的分析,设计了成像的最优地面轨迹,并分析了此时临界卫星旋转速度与轨道速度、环扫临界系数、帧间重叠率的关系;同时基于地面轨迹设计了确定曝光时间、帧频等成像参数解算方案。通过Satellite Tool Kit(STK)软件对成像模型进行仿真,并对成像几何参数进行分析,结果表明:在轨道高度H为500 km,像素尺寸a为4μm,焦距f为1 m,轴向像元数M为50 000时,随着相机倾角ζ的增加,地面像元分辨率与幅宽逐渐增大;ζ等于10°、20°、30°、40°时,地面幅宽分别提升为星下点成像时的1.96、3.10、4.58、6.85倍。

一种基于级数反演的机载圆迹环扫SAR成像算法

较之传统的直线条带SAR模式,圆迹环扫SAR作为一种新的成像模式,能够在短时间内对较大的区域进行快速观测。但是由于其特殊的圆弧飞行轨迹的影响,目标回波信号的2维频谱难以有效获得,从而给后续成像处理带来困难。针对这个问题,该文提出一种基于级数反演法的圆迹环扫SAR成像算法。该方法利用多普勒频率的展开式反演出驻相点展开式系数,进而获得信号的2维频谱,从而有效地实现距离脉冲压缩和距离徙动校正。该方法可通过对两个级数展开式阶数的选取自由控制频谱的精度,利于成像分析及后续处理。最后,点目标的仿真对比结果表明该算法的有效性。

机载环扫成像雷达数据处理方法研究

经典的聚焦式合成孔径和非聚焦式合成孔径数据处理方法主要用于星载或机载侧视成像 ,而环形扫描成像是一种特殊的成像方式 ,不能直接利用经典的成像处理算法。为了解决环形扫描高分辨率成像问题 ,概述了环扫成像雷达的工作方式 ,介绍了用聚焦式合成孔径和非聚焦式合成孔径提高方位分辨率的 3种实现方法。通过仿真验证了这 3种方法的有效性。该方法也可用于非环扫成像雷达系统。

斜视圆迹环扫SAR模式特性分析及成像方法

圆迹环扫合成孔径雷达是一种通过增加方位扫描速度来实现快速大场景成像的新型合成孔径雷达成像模式.相比于常见的正侧视圆迹环扫合成孔径雷达,斜视圆迹环扫合成孔径雷达由于其独特的观测角度,拥有正侧视圆迹环扫合成孔径雷达所不具备的观测优势.但是,现有的正侧视圆迹环扫合成孔径雷达信号特性分析方法以及成像技术已不再适用于斜视圆迹环扫合成孔径雷达.针对此问题,结合斜视圆迹环扫合成孔径雷达的运动特点,建立了回波距离模型,并进一步分析了方位扫描速度、多普勒特性及方位分辨率等参数,从中揭示了斜视圆迹环扫合成孔径雷达和经典直线模式之间的内在联系,给出了适用于斜视圆迹环扫合成孔径雷达的成像算法.

一种适用于大场景圆迹环扫SAR的改进CS成像算法

在宽测绘带圆迹环扫合成孔径雷达(CSSAR)中,目标斜距表示形式复杂,测绘带内距离徙动(RCM)变化剧烈均给成像处理引入难点。针对上述问题,根据圆迹环扫SAR平台的运动特性,使用高阶逼近的方法建立圆弧曲线模型下的回波信号斜距方程,并以导出的二维频谱高阶近似解析表达式为基础,考虑大场景下的距离徙动空变问题,对空变的斜距历程进行详细的分析,并提出了一种适用于大场景圆迹环扫SAR的改进线性调频变标(CS)成像算法。仿真结果说明,曲线模型的斜距方程精度较高,该算法能够精确校正空变的距离徙动,对较大场景取得了较好的成像效果。

基于环扫天线的多模式SAR实现方法

本文探讨了基于环扫天线的多模式合成孔径雷达,这种雷达能够实现环扫模式、条带模式、双侧视条带以及聚束模式。文中阐述了这种合成孔径雷达各种工作模式的特点,分析了主要的系统工作参数设计要求和实现方法。计算机仿真结果表明基于环扫天线的多模式SAR是可行性的。

调频连续波圆迹环扫SAR成像方法

由于调频连续波(frequency-modulated continuous-wave,FMCW)雷达具有重量轻,成本低,高分辨等优势,在圆迹环扫合成孔径雷达(circular scanning synthetic aperture radar,CSSAR)快速广域成像方向具有较大的应用前景。针对CSSAR信号特点以及该模型下FMCW信号所引入剩余二次相位误差,提出了一种适用于FMCW-CSSAR的成像方法,该方法充分考虑了CSSAR高阶斜距近似的特点并对相应的剩余二次相位误差进行补偿,实现了精确成像。最后,点目标的仿真实验验证了所提算法的有效性。

OCT 3D模式与环扫模式检测视网膜神经纤维层厚度的比较

目的探讨第四代谱域光学相干断层扫描（OCT）以3D模式与环扫模式检测视网膜神经纤维层（RNFL）厚度的一致性和各自的优缺点,为临床上以OCT进行RNFL厚度检查提供依据.方法对年龄在18～23岁的正常青年人63人126只眼进行OCT3D模式和环扫模式检测盘周RNFL厚度,分析两种方法的一致性.结果环形扫描的成像质量为92.82±12.01,3D扫描的成像质量为53.67±9.01,两者差异有统计学意义（P〈0.01）.全周平均RNFL厚度值,鼻侧、上方、颞侧、下方4个象限RNFL厚度值3D检测分别为（102.55±8.62）、（68.25±16.34）、（130.51±18.99）、（87.38±18.04）、（124.23±17.12）μm;环扫检测分别为（102.49±9.23）、（65.56±13.93）、（125.28±17.9）、（88.8±13.41）、（129.98±16.69）μm.两者间全周平均厚度和颞侧象限的厚度差异无统计学意义,鼻侧、上方和下方差异有统计学意义,在上方3D模式大于环扫模式,在下方环扫模式大于3D模式.126眼的视盘面积为（2.39±0.49）mm2,水平径为（1.62±0.20）mm,垂直径为（1.85±0.17）mm,面积比为0.22±0.14,水平线性比为0.44±0.17,垂直线性比为0.42±0.17.与3D扫描得到的RNFL数据对比,视盘面积和各象限及平均RNFL厚度全部没有相关性.结论OCT的环扫模式比3D模式成像质量好,两者检测RNFL全周平均厚度结果是一致的,鼻侧、上方和下方有偏差.视盘面积与RNFL厚度没有相关性.考虑到3D模式可以提供地形图、二维扫描图和视盘参数等信息,建议以3D模式为基本模式,结合环扫模式.

高分辨圆迹环扫合成孔径雷达成像方法

圆迹环扫合成孔径雷达(circular trace scanning synthetic aperture radar,CTSSAR)是一种新型合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像模式,受其圆弧飞行轨迹的影响,直线运动轨迹模型下的成像算法不再适用。针对这一问题,提出了一种新的CTSSAR成像方法。该方法首先在误差允许的范围内对其圆弧运动轨迹下的斜距方程作四阶近似,再求解方程得到驻相点的精确解析解,获得信号的二维频谱,并以此推导了相应的成像算法,补偿了不同距离处的目标的相位,实现高分辨率成像。在整个的推导过程中只做了一次合理的高阶近似,因此获得的二维频谱具有较高的精度。同时对于实际中可能遇到的运动误差问题,给出了一种解决思路。最后,点目标的仿真对比结果验证了成像算法的有效性与运动补偿方案的可行性。

环扫超声胃镜对肝硬化伴食管静脉曲张套扎术预后评估的临床意义

目的研究环扫超声胃镜对肝硬化伴食管静脉曲张套扎术预后评估的临床效果。方法选取本院自2014年3月~2016年3月收集的96例肝硬化门脉高压合并单纯食管静脉曲张患者为研究对象,所有患者均进行食管静脉曲张套扎术治疗,术后分别采用普通内镜和环扫超声内镜对患者的食管及周围侧枝静脉和穿支静脉进行检查,并将结果进行对比。结果常规内镜检查和环扫超声对于食管静脉曲张程度的检查差异不大;复发组患者中食管旁侧枝静脉、食管周围侧枝静脉分级程为轻度的显著少于未复发组,分级程度为重度的显著多于未复发组;复发组患者中有穿支静脉有曲张迹象的例数显著多于未复发组(P<0.05)。结论环扫超声胃镜对肝硬化伴食管静脉曲张套扎术患者的预后极为重要,通过检测患者食管旁侧枝静脉、食管周围侧枝静脉的分级程度喝穿支静脉是否有曲张迹象来评估疾病复发率,最大程度的提高患者的预后和生活质量,可在临床广泛推荐使用。

广域观测圆轨迹环扫SAR成像模式研究

圆轨迹环扫SAR是一种能够实现广域观测的新模式合成孔径雷达,具有高时空分辨率、短重访周期、广域成像的特点,特别是对于低速运动平台,能在短时间内实现对大面积区域的快速观测,观测效率高。该文建立了圆轨迹环扫SAR的运动模型,进而得到SAR回波信号距离模型,在此基础上分析了圆轨迹环扫SAR的信号多普勒特性以及方位分辨率特性,最后探讨了圆轨迹环扫SAR的成像处理方法。计算机仿真结果验证了该文分析结论和成像方法的正确性,圆轨迹环扫SAR是一种可行的广域观测成像模式。

基于冗余计算约简的环扫SAR回波多GPU快速模拟

环扫SAR作为一种特殊工作模式雷达,在对地观测方面有着广泛应用。随着分辨率提高及测绘带宽增大,对环扫SAR成像精度提出了更高的要求。而快速的海量回波模拟方法能够对高精度成像算法设计、研究提供有力的支撑。本文给出一种基于多GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)的环扫SAR回波模拟方法,并在此基础上进行冗余计算优化,通过MPI(Message Passing Interface,消息传递接口)在多GPU上进行了实现,实验结果表明在使用4块GPU的条件下,经过冗余计算约简,并行效率提高2倍以上,硬件成本降低50%,相对传统CPU串行仿真提高350倍左右。

基于星载合成孔径雷达的环扫成像模式设计

针对星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在广域范围内进行目标搜索的应用需求,设计了环扫SAR成像的模式,主要目的是解决海上广域范围内的目标搜索问题。文中首先分析了环扫SAR成像的基本原理,建立了环扫SAR成像的几何模型,分析了波束的最优覆盖设计。重点对环扫SAR成像的二维空间分辨率与成像幅宽等关键指标参数进行了分析,并通过计算机实例开展了仿真,证明了成像模式设计的正确性。最后给出了某卫星的环扫SAR成像的在轨验证结果,通过不同的数据处理方法得到的处理结果证明了该成像模式对于海上广域范围内的目标检测具有较好的应用。

线阵垂轨环扫式光学遥感卫星影像几何纠正

新型线阵环扫式光学遥感卫星通过垂轨环扫、沿轨拼接的成像方式实现了超大幅宽与高分辨率的兼顾,但其特殊的成像方式也导致影像的几何畸变十分严重,必须对其进行几何纠正。本文提出了一种适用于线阵环扫式光学遥感卫星的影像几何纠正方法,该方法首先在科学分析卫星成像特点的基础上构建线阵环扫影像的严格成像模型,然后利用影像轨道、姿态参数和开源DEM对影像进行粗纠正,最后利用参考正射影像匹配得到大量同名点作为控制点,通过样条函数拟合进行影像精纠正。为验证提出方法的有效性,利用模拟影像开展了试验,结果表明该方法几何精纠正的精度可以达到1像元。该方法能够有效解决线阵环扫式卫星影像几何畸变大的问题,提供高精度影像产品,具有重要的应用价值。

基于FMCW环扫SAR的成像系统设计及测试方法

为实现目标不同距离的高分辨率成像,提出一种调频连续波(FMCW)环扫合成孔径雷达(SAR)体制下的目标距离向探测系统设计及测试方法。该系统由模拟前端和FPGA共同处理实现,设计多种工作模式以实现近、中、远3种探测距离及相应的分辨率。通过MATLAB模拟射频前端去调频处理后的信号,加载到FPGA数字下变频处理,对所得信号仿真得到输出频谱,并进行闭环板级实测,验证了该基于FMCW环扫SAR的目标距离向成像系统设计的可行性。

环扫超声内镜术前评估对食管上皮下肿物内镜治疗的意义

目的探讨环扫超声内镜(EUS)术前评估对食管上皮下肿物内镜治疗的意义。方法选取内镜发现食管上皮下肿物并行内镜下或外科手术治疗的患者30例,麻醉状态下行环扫EUS术前评估。食管上皮下肿物内镜下治疗可选择不同内镜下手术方式,黏膜肌层病变非气管插管麻醉行内镜下黏膜切除术(endoscopic mucosal resection,EMR);黏膜下层、固有肌层病变气管插管麻醉行内镜黏膜下隧道肿瘤切除术(submucosal tunneling endoscopic resection,STER)或外科手术。结果20例术后诊断为黏膜肌层病变中,19例术前环扫EUS明确诊断,1例术前诊断为固有肌层病变;8例术后诊断为固有肌层病变及2例黏膜下层病变中,术前环扫EUS均明确诊断。Weighted Kappa评价显示,点估计0.92268,95%CI估计0.77431~1.00000,提示环扫EUS诊断与术后内镜下诊断一致性优秀。结论环扫EUS对食管上皮下肿物层次定位有较高的可靠性,对手术方式及麻醉方式的选择有指导意义。检查可在患者麻醉状态下完成,检查过程较舒适。