基于回波信号的一种合成孔径声纳运动补偿方法

运动补偿是合成孔径声纳(SAS)成像的关键问题,SAS系统一般利用多接收阵回波信号数据的互相关特性进行运动补偿.本文提出一种基于单接收阵和强点目标回波的运动补偿方法,并在推导侧摆误差模型的基础上,进行了计算机仿真.仿真和实测数据实验结果表明该方法的有效性.     

基于MOS电阻阵的红外目标模拟生成系统

为满足红外成像制导导引头的测试和半实物仿真试验,提出了一种高对比度红外面源目标模拟器方案.模拟器包括图像生成计算机、图像修正计算机和MOS电阻阵逻辑控制及驱动器,通过光纤构成分布式系统.图像生成计算机接收弹道仿真计算生成的弹目相对运动参数,生成红外场景图像,通过光纤网传送到图像修正计算机,对数据进行非线性、非均匀性修正,利用机内PCI图像数据传输驱动卡将数据传输到安装在转台上的MOS电阻阵逻辑控制及驱动器;该驱动器产生MOS电阻阵温度控制信号和的时序逻辑,驱动MOS电阻阵产生200Hz的红外图像.该方案已经在成像导引头测试中得到验证,导引头可清晰成像并稳定截获生成的红外目标.     

高分辨率大面阵微型相机设计

小型化相机是支持低成本微型飞行器或微小卫星对地观测等多项应用的关键设备,由此提出了一种高分辨率大面阵的小型化成像系统。首先预估了该成像系统用于目标观测的像元分辨率和幅宽。然后阐述了该系统的电子学方案,对其中的关键芯片OV14825的工作原理进行了介绍,并分析了基于FPGA的串行差分数据接收转发的软件设计。最后基于设计的相机样机开展了成像实验,在13m成像距离条件下获取图像分辨率优于0.5mm,而且图像细节丰富,层次分明,证明该方案切实可行。高分辨率大面阵微型相机具有很好的应用价值。     

基于16×4阵元CMUT面阵的三维超声反射成像

为实现非接触式三维超声反射成像,搭建了基于16×4阵元电容式微机械超声换能器(CMUT)面阵的反射成像系统。利用面阵上单个阵元发射、所有阵元接收的方式对硅油中的铝块进行了三维成像测试。采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对来自铝块的反射信号进行处理,获取被测物的三维图像及对应的二维切片。基于16×4阵元CMUT面阵的反射成像系统能够确定铝块的位置,实验B模式图像和二次谐波图像中铝块与换能器的距离重建偏差分别为3.63%及1.47%。该系统可实现对被测物的三维反射成像,且三维反射图像中被测铝块的表面清晰可见,重建偏差小,信噪比高。     

一种亚像素级图像超分辨恢复算法

随着光学成像到光电数字成像的转变,如何提高CCD的几何分辨率,已成为研制高分辨光电成像系统亟待解决的问题.建立了半像元超分辨成像数学模型,提出了半像元的CCD几何超分辨方法.该方法将2片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,以合成高分辨率图像.利用MATLAB软件对双线性插值方法及半像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了2种方法的效果.结果显示：半像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且2组仿真图像中的PSNR比双线性插值图像分别高出1.486 4 dB和2.207 0 dB.该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法.     

强相干干扰下基于二阶锥规划的圆弧阵宽带二维成像

该文针对水下目标2维成像在强相干干扰情况下,目标亮点容易被淹没的问题,以及圆弧阵波束的高旁瓣给图像检测带来较多虚警的缺陷,提出基于二阶锥规划的宽带2维成像优化方法。该方法在对相干干扰抑制的同时,很好地控制了波束的旁瓣。分析了2维成像算法流程中由于时域滑窗导致阵列的接收信号矢量与阵列流形不同,造成二阶锥规划设计的权值与阵列的接收信号矢量失配,旁瓣控制和零陷设计无法满足设计的要求。针对该问题提出利用计算出的滑窗理论阵列的接收信号矢量代替阵列流形来进行二阶锥权值设计的方法,通过改进的二阶锥权值,将波束优化与圆弧阵的2维成像优化相结合。计算机仿真和水池实验都验证了该方法的有效性。     

基于参考距离史的多子阵SAS成像算法

为了解决现有多子阵合成孔径声呐(SAS)成像算法忽略了“非停走停”时间的孔径依赖性带来时延误差的问题,该文提出一种基于参考距离史的多子阵SAS成像算法。首先利用参考子阵与各子阵之间的平移关系,推导每个子阵的近似距离史,解决“非停走停”时间的孔径依赖性需要被近似的问题;然后将每个子阵信号搬移至相同的波束中心距离后,通过方位重构方法将欠采样的多子阵信号转变成满足采样定理的等效单基站信号,再用单基站成像算法处理得到多子阵SAS的成像结果;最后通过仿真实验和实测数据检验算法的有效性。     

虚拟孔径天线配置及其成像性能研究

合成孔径雷达可以获取2维高分辨雷达图像,但只能工作在侧视模式,不能进行前视成像,也不能对静止和运动目标同时聚焦。针对上述雷达成像中的新问题,基于多发射多接收原理的虚拟孔径是一条有效的解决途径。该文研究了虚拟孔径成像中的天线配置及成像方法,比较了不同天线配置下的直线虚拟孔径成像性能。从理论上证明了两个发射单元分别置于接收线阵两端是一种有效的直线虚拟孔径天线配置方案,推导了这种天线配置下的成像分辨率解析表达式,并通过实测数据进行了验证。     

基于参考距离史的多子阵SAS成像算法

为了解决现有多子阵合成孔径声呐(SAS)成像算法忽略了"非停走停"时间的孔径依赖性带来时延误差的问题,该文提出一种基于参考距离史的多子阵SAS成像算法.首先利用参考子阵与各子阵之间的平移关系,推导每个子阵的近似距离史,解决"非停走停"时间的孔径依赖性需要被近似的问题;然后将每个子阵信号搬移至相同的波束中心距离后,通过方位重构方法将欠采样的多子阵信号转变成满足采样定理的等效单基站信号,再用单基站成像算法处理得到多子阵SAS的成像结果;最后通过仿真实验和实测数据检验算法的有效性.     

空间失稳目标线阵成像畸变校正方法

空间失稳目标的非合作性和运动状态不确定性使得线阵式测量无法直接获取其真实三维形貌。通过连续多帧线阵图像同一角点的时空位置关系,提出了一种特征驱动的空间失稳目标线阵成像畸变矫正方法。该方法根据线阵激光雷达的成像机理及空间失稳目标的运动规律建立了基于运动参数的线阵成像畸变数学模型,然后依据运动具有局部一致性和全局连续性分层次对空间失稳目标的局部自旋和全局章动进行运动估计,最后利用估算出的运动参数对采集的线阵图像逐列进行畸变矫正,从而获得了测量目标的真实三维形貌。实验结果展示了该方法在非合作单载荷下对不同运动状态空间目标线阵成像畸变矫正的有效性,并数值论证了帧数选取以自旋轴绕章动轴旋转一周为宜的条件稳定性,为该方法在其他运动目标线阵式测量的应用提供指导和参考。     

A Truncation method for computing slant transforms withapplications to image processing

A truncation method for computing the slant transform is presented. The slant transform truncation (STT) algorithm uses the divide and conquer principle of hierarchical data structures to factorize coherent image data into sparse subregions. In one dimension with a data array of size N=2ⁿ, the truncation method takes a time between O(N) and O(Nlog₂N), degenerating to the performance of the fast slant transform (FST) method in its worst case. In two dimensions, for a data array of size N×N, the one-dimensional truncation method is applied to each row, then to each column of the array, to compute the transform in a time between O(N²) and O(N²log₂N). Coherence is a fundamental characteristic of digital images and so the truncation method is superior to the FST method when computing slant transforms of digital images. Experimental results are presented to justify this assertion     

基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像方法

弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种新型的针对广域观测的阵列成像雷达,其具有观测范围广,分辨率高等特点。由于其回波信号方位向等角度间隔采样,目标精确的二维频 谱难以有效推导,并且已有的线性阵列成像算法不再适用。针对上述问题,本文提出了一种基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像处理方法,该方法首先对斜距模型进行高阶近似,然后推导了雷达回波信号的二维频谱,之后在二维频域补偿距离徙动及距离方位的耦合,最终得到聚焦图像。点阵目标的仿真结果验证了该成像方法的有效性。      

New irregular sampling coding method for transmitting images progressively

Transmitting images over channels of low capacity is an important issue relating to networks. The authors propose a new progressive image transmission (PIT) method based on the irregular sampling coding scheme. In the proposed method, the original image is first sampled using the irregular sampling scheme and the resulting samples are divided into several segments for the purpose of progressive image transmission. Therefore, each segment of the samples is further encoded and then transmitted to the receiver in each phase. At the receiver, the well known four-nearest-neighbour (4NN) algorithm is employed to reconstruct the rough image during each phase. According to the experimental results, the image quality is better in each transmission phase than the image quality for the related methods, i.e. FRM, TSVQ and SMTSVQ. Moreover, in the first phase, the difference in PSNR between this method and SMTSVQ is up to 2.8 dB. Therefore, the proposed method is more effective than the other methods described previously.     

基于新型阵列结构的多波束SAS逐点成像算法研究

该文基于多波束测深和合成孔径技术原理,提出了多波束合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar, SAS)的实现方案,设计了一种新型的多接收阵元阵列结构,有针对性地推导了相关数学模型,并仿真实现了逐点成像算法。计算机仿真结果表明:相比于传统多波束测深声呐,新方案的方位向分辨率有了明显的提高;相比于常规合成孔径声呐,新方案能够得到更多的目标信息,且能改善成像效果。     

一种基于模型的合成孔径声呐图像目标快速识别方法

针对基于合成孔径声呐(SAS)图像目标识别的先验模板获取困难、运算复杂度高的问题,该文提出一种基于模型的改进型相关快速识别方法。首先,基于构造凸壳估计目标姿态角,实现目标成像几何关系的估计;其次,提出改进的基于隐藏点移除的目标图像快速生成方法,可实时得到各备选目标对应成像几何关系的仿真图像;进而基于图像相关实现目标图像识别;最后,仿真实验证明了算法的有效性。仿真实验结果表明,相比于常规的直接模板识别方法,该方法识别率高,计算速度快。     

大测绘带合成孔径声呐斜距向分段运动补偿分析

运动误差是限制合成孔径声呐实现高分辨率成像的重要因素。对运动误差在斜距向空变性特点进行分析,研究斜距向分段策略,提出适用于大测绘带合成孔径成像声呐的斜距向非均匀分段补偿方法。沿地距向对回波数据均匀分段,借助距离压缩效应可得到斜距向的非均匀子段,顺应运动误差“先快后慢”的空变规律,实现更准确的误差补偿。仿真结果表明,经过非均匀分段补偿后,目标方位向峰值旁瓣比降低,目标与背景的对比度增强,远近目标聚焦差异性减弱。斜距向非均匀分段补偿方法通过区别处理空变程度不同的远近距离处的回波数据,对大测绘带合成孔径声呐在近距处的成像结果改善尤其明显。      

MTPT 方法估计机载SAR 残余运动的两个影响因素

由于导航系统测量精度的限制,载机的位置经常存在厘米级的误差,该误差称为残余运动误差。对于机载超高分辨SAR 系统或机载重轨干涉SAR,必须估计并补偿该残余运动误差。MTPT 方法可以估计单幅SAR 图像中的残余运动误差,但是速度和斜距的误差会影响该方法的精度。该文在详细分析速度和斜距误差对MTPT 方法进行残余运动估计的影响的基础上,利用仿真和实测SAR 数据验证了这一点。同时还指出,MTPT 方法虽然可以估计速度和斜距误差,但是它们的精度敏感于相位测量误差;在利用MTPT 方法进行估计之前必须先利用其它更为准确的方法消除平台的速度误差和目标的斜距误差。      

基于加速度斜距模型的大场景超高分辨率星载SAR成像方法

在大场景超高分辨率星载合成孔径雷达(SAR)中,等效速度在方位向上的空变性会导致方位散焦,此时传统的双曲线斜距模型已经不再适用,针对这个问题,该文提出一种新的加速度斜距模型,该模型可以把速度的方位空变特性考虑在内。在此模型的基础上,该文还给出了相应的信号处理和成像方法,首先通过方位时域重采样消除速度的方位空变性,然后在2维频域去除三次项和四次项误差,最后再采用距离徙动算法(RMA)进行成像。仿真实验的结果证明了新的加速度斜距模型和成像方法的有效性。     

A space-time channel estimator and single-user receiver for code-reuse DS-CDMA systems

A blind asynchronous single-user code-reuse direct sequence code division multiple access (CDMA) array receiver is proposed for the uplink. By assigning each short PN-code more than once, code reuse allows the number of active users to be increased beyond the spreading gain. The proposed receiver is based on a blind single-code multipath joint space-time channel estimation technique that utilizes the concept of the spatio-temporal array manifold, in conjunction with a novel preprocessor, to deal with the multipath problem. From the estimated space-time channel parameters of a particular active code, the subset of parameters of a specific co-code user is then identified, and a single-user receiving weight vector is finally formed. The proposed approach is a subspace type method, and therefore, it is "near-far" resistant. Furthermore, in contrast to existing receivers such as the space-time decorrelating detector, the proposed receiver weight vector is tolerant to partial channel estimation errors and the incomplete estimation of channel parameters. The theoretical framework is supported by computer simulation studies.