被动成像广域空中监视系统综述

被动成像广域空中监视(Wide Area Airborne Surveillance,WAAS)系统因其良好的隐蔽性和动态监视的实时性、持久性及大面积覆盖,已成为情报监视侦察的重要工具,广泛应用于军事、民用领域。文章结合典型被动成像广域空中监视系统(如自动实时地面全部署侦察成像系统ARGUS-IS)的特点,从光电传感器设计、数据传输与信息处理等方面阐述被动成像WAAS的系统特点及关键技术环节;重点分析了大视场高分辨率的实现方式、海量数据传输与存储、数据智能分析等制约被动成像WAAS性能的瓶颈技术,为被动成像WAAS的研制与应用提供了参考。

海面的红外被动成像

本文在研究海面的红外成像特性中 ,建立了基于刚体的双尺度成像模型 ,从被动成像方面讨论了海面辐射特性的变化规律 .

太赫兹被动成像系统性能研究

太赫兹被动成像技术具有很多独特的优势,已经成为安全检查领域的重要研究方向。为了进一步提高太赫兹被动成像系统的成像性能和实用性,研究了实验室自研的一套基于光机扫描的太赫兹被动成像系统的性能。通过探索不同系统参数和实验条件,包括成像距离、成像速度以及探测器状态,对背景噪声以及分辨率等图像性能的影响,获得了系统优化的性能参数,同时探究了该系统探测人体隐藏物品的能力,说明该系统可以有效地对人体进行安全检查。实验结果表明:该太赫兹被动成像系统的成像距离在机器前面1.5~2.5 m的范围内,即在大约1 m的景深内,能够显示清晰的太赫兹图像;该系统的成像速度为每帧1~2 s;探测器工作电平和增益对图像清晰度和系统噪声有较大的影响,存在一个优化的探测器工作状态,在该条件下可以获得清晰的太赫兹图像。在各项参数优化的条件下,该太赫兹成像系统可以达到的目标分辨率为1.5~2 cm,能够清晰地探测隐藏在人体衣服之下的金属物品和对太赫兹波有较强吸收的物质。

用于近程被动成像的3mm波准光介质透镜天线设计

针对近程焦平面被动阵成像系统应用,设计了3 mm波准光介质透镜天线。根据应用需求设计成像系统光路结构,并结合高斯准光理论得出光路设计参数;选择透镜表面为双凸非球面结构,利用光学分析软件ZEMAX优化设计透镜轮廓以减小成像像差;利用电磁仿真软件FEKO计算透镜天线近场分布,对设计进行验证与修正。测试结果表明,所设计的介质透镜在像平面上形成的聚焦波束3 d B尺寸仅为29.5 mm,偏轴时波束指向均匀性好,在700 mm(H)*1 800 mm(V)视场范围内波束功率电平值性改变量小于0.9 d B。

测量被动成像系统光学散焦的一种新方法

提出了一种测量被动成像系统光学散焦的新方法．不必测定光学系统的内部参数，只要改变成像镜头的光圈系数，对同一景物获取两幅不同散焦程度的数字图像，采用频域约束的最小二乘法，从离焦光学系统所成的两幅光学散焦图像中，就可计算出反应散焦变化的传递函数．对该方法进行了较详细的数学推导，得到了一些实验结果．

分布式主/被动成像探测系统目标空间协同定位方法研究

利用分布式主/被动成像探测系统探测到同一关键目标后,需要融合目标多源信息,综合主/被动成像探测器的不同定位精度,解算关键目标的精确空间位置。针对分布式主/被动成像探测系统成像体制不同、定位解算模型不同、定位精度不同的问题,本文提出一种统一的目标空间协同定位数学模型,并采用线性加权-遗传算法对该数学模型进行联立求解,获得目标空间协同定位结果。仿真试验结果表明,本文构建的目标空间协同定位数学模型以及基于线性加权-遗传算法的目标空间位置求解方法,为分布式主/被动成像探测系统的目标空间协同定位问题提供了统一的模型架构与解算途径,同时也解决了不同成像体制探测器带有不同定位误差情况下的目标多源信息融合问题,在分布式无人机集群、分布式巡航导弹群以及分布式战斗机集群对重要目标的探测任务中,能够有效提高探测系统的精确探测、制导、打击、拦截能力。

Ka波段被动成像天线系统设计与研究

针对Ka波段被动毫米波成像应用,设计了一种由介质透镜与缝隙天线馈源组成的天线系统.将高斯波束理论与光学透镜中的等光程原理相结合,设计了一种大口径介质透镜,该透镜具有良好的聚焦性能;提出了一种新型的共轭直线渐变缝隙天线作为透镜的馈源,该天线呈现出截面小、增益高的优良性能,可以在焦平面上形成密集的馈源阵列.将所设计的介质透镜与馈源天线进行联合仿真,研究结果表明,该系统在距透镜2.81 m处聚焦焦斑为50 mm,并且在±5°偏焦时聚焦焦斑都小于60 mm.所设计的天线系统具备很好的聚焦性能且具有较大的偏焦工作角度,可以适用于被动毫米波近场成像应用.

印尼默拉皮火山被动成像干涉测量与季节性的地震波速变化

提出了一种能够连续监测地下地震波速微小时间变化的地震学被动成像干涉测量技术。该技术不依赖于传统意义上的震源,仅需要一个或二个固定的地震台站。我们从环境地震噪声中查出了干涉使用的格林函数。将被动成像干涉测量应用到默拉皮火山的数据,我们的研究表明,能够以0.1%的精度来测量地震波速的变化,时间分辨率为一天。在默拉皮火山,地震的波速变化表现出强烈的季节性影响,我们于是完全根据降雨量提出了依赖深度变化的水文模型来描述我们的观测。

GPS辅助的被动成像导航系统的研究

本文介绍的是一种ＧＰＳ辅助的被动成像导航系统。该系统将ＧＰＳ接收机和被动成像传感器组合在一起，能提供完整的位置、速度、角速度和高度信息。在ＧＰＳ信息的辅助下，不仅解决了被动成像传感器所引起的高度／速度模糊问题，而且还大大简化了求解角速度的方程。本文给出了角速度估计和ＧＰＳ测量噪声对估计精度影响的理论分析和计算机仿真结果。仿真表明，即使在严重的ＧＰＳ测量噪声的影响下，运动参数仍可精确地计算出来。

GPS辅助的被动成像导航系统研究

本文介绍的是一种GPS辅助的被动成像导航系统。该系统将GPS接收机和被动成像传感器组合在一起,能提供完整的位置、速度、角速度和高度信息。在GPS信息的辅助下,不仅解决了被动成像传感器所引起的高度/速度模糊问题,而且还大大简化了求解角速度的方程。本文给出了角速度估计和GPS测量噪声对估计精度影响的理论分析和计算机仿真结果。仿真表明,即使在严重的GPS测量噪声的影响下,运动参数仍可精确地计算出来。

美国将研制从紫外到甚长波红外的软件重构主被动成像传感器

数字相机是采用焦平面阵列(FPA)将光能转换成能够被处理和存储的电能的。焦平面阵列就是制备在电光材料上的一种二维光电探测器(或像元)阵列。现代数字相机内的焦平面阵列所拥有的像元数已达百万个。

基于被动波束成像的高强度聚焦超声焦点定位

针对高强度聚焦超声治疗中实际焦点偏离引导治疗的几何焦点这一问题,基于被动波束成像原理,将治疗探头与影像探头联合,探讨一种新的焦点定位策略。首先,基于k-Wave声学软件创建了具有多层组织结构的超声传播模型,通过理论仿真探究了不同脂肪、肌肉厚度条件下被动波束成像方法定位焦点的准确性;除此之外,还通过仿体在实验环境下对该方法的有效性进行了初步验证。结果表明,在不同脂肪厚度的仿真模型中,被动波束合成所定位的焦点和几何焦点在轴向距离上分别与实际焦点相差(0.54±0.15)mm和(4.76±0.95)mm。在不同肌肉厚度的仿真模型中,由合成算法定位的焦点和几何焦点在轴向距离上分别与实际焦点相差(0.51±0.26)mm、(4.95±0.47)mm。仿体实验也验证了被动波束成像定位的焦点比几何焦点更接近实际损伤位置。该文从理论仿真和实验两个角度验证了被动波束成像方法在高强度聚焦超声焦点定位中的优越性,可为该方法进一步走向临床应用提供支撑,对提升高强度聚焦超声手术治疗的安全性有推动作用。

基于漫反射的被动非视域成像

非视域(NLOS)成像是一种综合成像和计算重构的技术,指在不直接拍摄场景的情况下通过获取介质上隐藏场景的散射或反射信息对其进行重建。目前的NLOS成像还处于早期发展阶段,场景模型、目标信息重建等尚无系统研究方法。为此,提出一种针对无遮挡、非自发光场景的NLOS成像方法。基于光辐射理论,分析该场景下漫反射面的成像与隐藏物体形状的关系,确定NLOS成像模型与重建目标。使用渲染软件结合运动图像专家组7(MPEG7)数据集,生成符合实际物理意义的漫反射被动非视域全影(DS-NLOS)数据集。构建被动非视域重建网络模型(Re-NLOS),采用视觉Transformer(Vi T)结构结合生成式对抗网络(GAN)提取采集的漫反射面图像的全局特征,并恢复隐藏物体形状。在DS-NLOS数据集上的实验结果表明,该方法能够从漫反射面上恢复隐藏物体的形状信息,在测试集20个类别的物体上的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)相比漫反射面全影图像平均提高了5.85 d B和0.0381,对真实室内场景也具有一定的恢复能力。

基于机器学习微震目录构建与被动源地震层析成像的张集煤矿注浆治理效果评价

断层注浆治理是预防煤层下方含水层突水的重要手段,但注浆治理效果评价难度大、成本高,相关领域的研究较少。为此我们提出了一种经济有效的方法,该方法利用矿方已有的实时微震监测系统对煤矿注浆治理效果进行评价。我们的处理流程主要包括深度神经网络(DNN)震相自动拾取、网格搜索定位和双差地震层析成像,并将其应用于安徽淮南张集煤矿1613A工作面注浆治理评价中。利用1613A工作面2020年9月的微震事件反演了工作面附近区域的地震波速结构。结果表明,采动过程中注浆治理区域受到较大扰动,发育了大量微地震事件,在工作面底板以下50 m区域范围内,地震纵波波速高达4.3km/s,这一高波速表明注浆治理效果较好。此外通过开展检测版模型分辨率测试,表明在我们关注区域的地震波速结果具有较高的可靠性。因此采用基于深度学习的微震目录构建和被动源地震层析成像技术可以对注浆效果进行较好的评价。

基于稳健最小方差的高强度聚焦超声被动空化成像及其在损伤监测中的优势分析

基于现有的高强度聚焦超声(HIFU)临床治疗系统,将被动空化检测和被动空化成像技术联合应用于HIFU治疗的术中监控,研究一种基于声空化现象的损伤监控策略。该HIFU治疗监控方法首先采用空化检测的手段,包括监测空化信号均方根值和惯性空化剂量,来确定空化阈值,并使用稳健最小方差法对空化发生的位置和强度进行定位成像。实验结果表明,在仿体和离体条件下,根据空化活动映射图能够很好地洞悉靶区的治疗状况。本研究重点验证了基于空化现象的被动监控方法在一定程度上可以消除因靶点偏出超声成像平面而造成的监控失效问题,证明该方法在本质上优于基于超声影像的主动监控方法。因此,基于空化现象的聚焦超声监控技术可改善监控灵敏度和可靠性,将有望提高临床治疗的安全性和有效性。

室内人体隐匿物被动太赫兹成像研究进展

太赫兹波由于其极低的光子能量和对非极性物质较强的穿透特性已成为人体隐匿物检测应用的热点。本文以室内人体隐匿物品探测为主要应用背景,简要介绍了太赫兹波段的大气传播特性;重点分析了基于辐射检测的室内被动太赫兹成像原理和系统的关键技术,包括辐射计和阵列扫描方式等;回顾了国内外被动太赫兹成像技术在人体安检领域的研究现状。综合考虑系统成本和成像时间,一定数量的高灵敏度辐射计加上扫描机构成像的方式在未来很长一段时间里将是被动太赫兹成像系统的主流方式。

基于交流辐射计的被动毫米波成像研究

不同于传统的直流辐射计成像,在国内首次将结构简单的交流辐射计用于毫米波被动成像.在讨论交流辐射计的特殊结构与能量频谱基础上,分析了交流辐射计成像解读与补偿机制,针对不同的应用背景如安全检查进行了大量的室外室内成像实验.3mm波段交流辐射计成像的结果表明:交流辐射计成像具有自己的特色,可获得类似直流成像的效果,并且易于集成实现焦平面阵列成像.

被动毫米波成像技术

综述了被动毫米波成像技术发展动态，并对焦平面阵列和干涉仪合成阵列两种先进的成像体制进行了原理和系统分析，介绍了一种新型的８ｍｍ数字式干涉仪阵列辐射计系统设计方案。

毫米波被动合成孔径成像系统

毫米波被动成像技术以其良好的空间分辨率和系统灵敏度,得到了广泛的应用。传统的成像系统由于成像精度和成像时间的原因在很多场合使用受到限制,二维毫米波被动合成孔径成像技术采用阵列天线解决了这一不足。本文对合成孔径成像理论进行了分析,并以此理论为基础设计了一种简易的二维被动毫米波成像样机,对系统的空间分辨率进行了仿真分析;最后对系统的成像效果进行了仿真,并给出了仿真结果。

近程毫米波被动扫描成像特性研究

针对近程毫米波辐射计扫描成像分辨率低、图像模糊的问题,采用天线近程辐射特性融合极大似然估计方法对图像进行高分辨率恢复。首先分析了系统天线的近程辐射特性,它是影响成像质量的最主要因素。分析表明近程条件下天线辐射特性大大改变,增益减小,尺度变大,在此基础上估计了扫描体制下图像的点扩散函数,最后用极大似然估计方法对金属环的被动毫米波图像进行了高分辨率恢复。结果表明经过恢复的图像提高了分辨率和目标识别率。