衍射层析模型下穿墙雷达三维学习成像方法

针对现有穿墙雷达三维稀疏成像中,存在网格时延构建字典矩阵所需内存过大以及凸优化稀疏成像算法阈值参数不确定影响重建图像质量的问题,提出了一种基于衍射层析稀疏模型的学习近似消息传递三维成像方法。该方法在衍射层析成像算法上通过构造快速傅里叶变换算子来建立三维成像稀疏模型,然后修正近似消息传递算法求解稀疏解,并将其迭代过程映射成多层神经网络,最后通过数据驱动自适应学习多层神经网络中的可调参数,从而实现三维学习成像。仿真和实验数据处理结果表明,该方法不仅减小了系统所需内存,还避免了参数的人工调整对成像质量的影响。     

探地雷达中的衍射层析算法

给出了二维情况下进行地下目标反演的线性衍射层析算法。该方法采用线性Born近似和傅里叶变换,避免了一般非线性逆散射算法的逐步迭代,因而可用于地下目标的快速检测和位置标定。本文的衍射层析算法考虑了空气地面交界面的影响并计入了凋落场。计算结果表明,该方法可以较好地描述低对比度目标的位置、轮廓和介电参数等信息,也可用于高对比度目标的检测和定位。     

提高0.14 THz 雷达成像质量的新方法

目前,国际上多个科研小组相继开展了太赫兹逆散射成像方面的研究,已开发出多个太赫兹逆散射成像系统。其电磁散射模型及成像处理方式多借鉴于其他辐射源已经成熟的研究成果,例如:雷达目标散射中心模型及ISAR/SAR, Born/Rytov 近似模型及层析成像。但上述方法直接应用于太赫兹波段将导致成像质量的下降。首先简要介绍了太赫兹雷达成像和太赫兹层析成像之间的关系,在分析两种成像方法特点的基础上,重点研究了大孔径、大带宽条件下的太赫兹逆散射成像,提出了一种基于Range-Doppler 算法的改进成像方法。最后,利用该方法对中物院研制的0.14 THz 雷达样机实验数据进行成像,并给出了典型目标的成像结果,验证了新成像方法的有效性。     

有耗媒质中目标的无相位衍射层析成像方法

提出一种新的应用于有耗媒质的无相位衍射层析成像方法:只需测量总场的幅度,不需相位信息,实现损耗媒质中二维弱散射目标重建.该方法首先基于测量到的场幅值确定出目标函数在复二维空间中的"伪Fourier谱",将"伪Fourier谱"构造关于目标函数的Fourier级数展开系数的方程组,对此病态方程组作正则化处理求解目标函数的...     

雷达目标二维结构成像方法研究

该文首先研究了雷达目标二维电磁散射的频域散射模型;而后提出了用参数估计方法实现目标ISAR成像的思想,并研究了MP2D参数估计方法;最后用仿真数据和波音727客机真实目标实测数据对该方法进行了实验验证。实验结果表明,该方法能准确估计目标的二维散射中心,且对噪声有较强的抑制能力。     

基于时分MIMO的地基雷达高分辨率成像研究

基于时分多输入多输出(MIMO)的地基雷达成像有许多很好的应用价值,比如替代合成孔径雷达成像在山体滑坡监测方面的应用。针对基于时分MIMO的地基雷达高效高分辨率成像,该文提出一种基于逆傅里叶变换脉冲压缩和波束形成的成像算法。雷达通过步进频连续波技术获得高距离向分辨率,利用MIMO技术获得高方位向分辨率。通过逆傅里叶变换法实现雷达数据距离向压缩,采用波束形成算法实现雷达数据方位向压缩。同时该算法还针对MIMO天线阵列所引起的回波信号相位不连续问题进行了适当的校正,在保持算法高效性的同时提高了成像质量。根据真实的山体滑坡监测成像场景参数,通过数值仿真验证了该成像算法的可行性,应用在山体滑坡监测上理论效果良好。     

一种快速超宽带穿墙雷达成像算法

超宽带穿墙雷达因为反恐、灾后救援等方面的迫切需要而成为近年来的一个研究重点。传统的超宽带成像算法在目标识别能力及计算效率上已不能满足其要求。基于逆边界散射变换的SEABED成像算法可以完成对目标边界快速成像,但是墙体的存在使其在穿墙雷达应用中受到限制。该文考虑到墙体的影响,在SEABED算法基础上提出一种新的适用于超宽带穿墙雷达的包络线算法,该算法通过计算从回波中提取的准波前所对应的曲线簇的包络线来完成目标边界成像。利用FDTD数值仿真实现了对隐藏在墙后目标的二维成像,验证了算法的有效性,并分析了墙壁对目标定位误差的影响。     

基于雷达成像的地面停留隐身飞机探测

隐身飞机的电磁散射特性和雷达成像是反隐身的重要研究内容。国内对隐身飞机散射特性的研究基本集中在雷达散射截面(RCS)的计算和分析方面,该文则侧重于对隐身飞机的合成孔径雷达(SAR)成像进行仿真和分析。RCS分析侧重于探测在空中飞行的隐身飞机,而SAR成像可用于探测停留在地面的隐身飞机。以F-22飞机为例,进行隐身飞机的SAR成像仿真,研究结果表明,目前美国的隐身飞机并不是全角度隐身的,用机载SAR成像雷达可以发现停留在机场上的隐身飞机。     

基于24 GHz FMCW 雷达的二维近场成像系统

为进行隐藏危险金属制品的安检,文中提出了一种24 GHz 低成本毫米波成像系统。该系统采用低成 本24 GHz 商用调频连续波(FMCW)雷达作为扫描源,在方位角和仰角上合成大孔径,使用二维十字扫描平台,经 FMCW 雷达信号处理以及合成孔径雷达(SAR)处理使隐藏物体成像。低成本的射频外设只提供了一路中频实信号 供ADC 采样量化,在图像重建中,文中提出将单路ADC 采样量化后的中频数字信号通过希尔伯特变换成复信号,对 复信号加布莱克曼窗优化频谱,再对信号序列补零以减小频域栅栏效应,后采用空间匹配滤波器补偿相位偏差,通 过FMCW 雷达近场成像原理对目标成像。改进后的算法适用于低成本的雷达前端系统,只需一路ADC 采集的中频 数字信号即可使成像系统达到理论的合成孔径成像分辨率。     

时分MIMO滑坡雷达稀疏成像算法

针对现用于成像的MIMO山体滑坡雷达均匀线性阵列数目过多、数据处理复杂度高的问题，引入稀疏阵列时分地基MIMO雷达模型，提出一种基于逆傅里叶变换和混合匹配追踪算法的成像方法。首先通过对雷达回波信号作逆傅里叶变换实现距离向压缩，并进行近似相位补偿，然后采用一种基于时延补偿因子稀疏基的压缩感知算法实现方位向压缩。同时针对多目标成像的伪影点问题，方位向数据压缩引入子空间追踪算法和正交匹配追踪算法的结合算法重构出高分辨率且没有伪影的二维图像。根据真实的山体滑坡监测成像场景参数，通过数值仿真验证了该方法能够在低于传统均匀阵列的天线数目情况下实现目标高质量成像，且具有一定的抗噪性。     

应用分块复原方法提高激光雷达测距精度

介绍了一种基于像增强器增益调制原理的三维成像激光雷达,距离图可以由恒定增益和线性增益调制条件下的灰度图计算得到。根据成像系统的传递特性,建立了灰度图像的退化模型并分析了在考虑点扩散函数影响的情况下,引起成像激光雷达测距误差的主要原因。分析结果表明,在距离变化区域,测距误差主要与点扩散函数、反射率和实际距离等因素有关;而在平坦区域,测距误差主要由散粒噪声引起的。根据误差的来源和散粒噪声的特点,提出了对拍摄得到的灰度图像进行分块复原的方法。仿真结果显示:该方法复原得到距离图的均方根误差比全局复原方法小。最后将该方法用于实际拍摄的雷达图像,验证了该方法的有效性。     

超宽带穿墙雷达成像技术研究现状

介绍了国内外超宽带穿墙雷达(Ultra Wide-Band Through the Wall Radar,UWB-TWI)装备研制现状,重点放在穿墙雷达成像算法上,包括逆散射成像算法、后向投影算法、时间反转镜方法、压缩感知成像方法等,以期为相关研究人员提供参考.     

步进跟踪模式下的单脉冲雷达三维成像技术研究

逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar,ISAR）可以对飞机、舰船与空间目标等进行成像,在军事和民事应用中具有重要的意义。ISAR三维成像可以克服传统二维成像中的几何失真、方位向定标难与图像投影平面未知等问题,有利于对目标进行分类和识别,是ISAR技术的重要发展趋势之一。本文主要对单天线ISAR、干涉ISAR（interferometric ISAR,InISAR）、阵列ISAR等不同体制的三维成像进行介绍。在此基础上,对各种体制的研究现状进行了总结,并对未来的发展方向进行了分析。

     

基于单频信号的662 GHz多普勒雷达层析成像

首先介绍了多普勒雷达层析成像的原理及该成像方法的极限分辨率理论推导,并通过仿真获得了单频信号的点目标扩展函数(PSF),验证了该成像方法在单频条件下的理论极限分辨率为波长的四分之一.然后,介绍了中物院构建的662GHz单频雷达系统,并针对该实验系统设计了基于卷积反投影的多普勒雷达层析成像算法.最后,通过实验在太赫兹频段验证了多普勒雷达层析成像的有效性,并利用测量获得的360°全姿态回波信号数据给出了分辨率优于1 cm的成像结果.     

光场衍射在压缩感知鬼成像中的研究

基于压缩感知的鬼成像由于采样次数少,在近些年取得重大的发展。利用数字微反射镜器件(DMD)预置光场实现单臂成像,大大推进鬼成像向实际应用发展,但也存在不少问题,比如传播过程中的光场分布变化。为了解决这个问题,首先分析光场的传播过程,透镜尺寸的限制使得光场衍射影响较大,光斑的叠加导致实际光场变得模糊偏离了预置值。计算衍射受限系统的光强度扩散函数,修正预置光场,修正光场作为观测矩阵仍然满足准确重构的互相干性条件。实验结果表明,修正的光场较好地模拟实际光场,其构成的观测矩阵用于成像,重建图像的质量更高。同样,在实际应用领域,利用光强扩散函数修正预置光场意义重大。     

空间探测激光距离多普勒雷达系统原理设计

以激光距离多普勒成像雷达系统（LRDIR）能够提取空间目标激光散射信号特征,判断空间目标在轨运行姿态为应用背景,给出了激光距离多普勒成像激光雷达系统设计的一般原理,并指出系统重要组成部件,在信号检测过程中所起的作用.结合相关实际测量材料的试验数据和器件性能参数,分析系统性能和各种干扰噪声,并计算系统在探测单元和探测阵列两种情况下,信噪比随探测距离和接收器口径的变化规律,为具体工程应用提供可靠的依据.     

三维成像激光雷达线阵探测模式分析

以三维成像激光雷达对地面车辆目标探测为应用背景,采用线阵光电探测器并行接收的新体制来提高对目标成像的速度和实时性。按照对目标照射的激光辐射形式,总结出两种线阵探测模式：一种是激光多束发射模式,另一种是激光泛光发射模式。对这两种模式的机理、实现方式及优缺点进行了分析,并分别建立了两种模式下的激光雷达探测方程。采用信噪比和测距精度来分析两种模式的探测和测距性能。分别推导出了两种模式下信噪比与距离,发射功率与距离的关系表达式并进行了仿真。仿真结果表明,在相同距离和发射功率下,激光多束发射模式的回波信噪比更高;在相同距离和测距精度下,激光泛光发射模式需采用更高的发射功率。     

利用140 GHz雷达实现目标缩比模型的RCS测量与成像

构建了140 GHz频段的单基雷达用于缩比模型的高分辨力成像和雷达散射截面积(RCS)测量。雷达的相干收发机用全固态的方式实现,其发射信道采用一个Ka波段频率源驱动的倍频链作为本振,在5 GHz的带宽内实现了0.5 mW的输出功率,接收机采用基于肖特基二极管的次谐波混频器实现相干接收。该雷达RCS测试系统显示出高信噪比的特点,获得了大于100 dB的动态范围和3 cm的成像分辨力。除了可实现对目标的逆合成孔径成像,该系统还可完成对旋转目标全方位角的RCS测量。利用该系统对某航空母舰1/720th模型进行了成像实验和RCS测量,模拟了全尺寸目标在P波段的结果。所获得的数据根据缩比定律可为P-波段雷达设计提供参考。     

An exhaustive criterion for estimating quality of images in electrical impedance tomography with application to clinical imaging

This study proposes a versatile criterion for estimating quality of images in electrical impedance tomography. The point spread function (PSF) is calculated throughout the domain based on the scattering of energy as responses to a small anomaly spirally moved from the centre to the boundary. The proposed PSF is a measure of weighted spatial variance (WSV) of the conductivity over the whole domain. For each element, the weighting factor is a normalized multiplication of the area of that element by its square intensity. The WSV collectively incorporates all image attributes, i.e., spatial resolution, artifact, amplitude response, positioning error and shape deformation. The location of artifacts, which significantly influences reconstructed images in reality, is taken into account as well. The results illustrate that the proposed measure is more tolerant than existing criteria in evaluating performance of EIT systems in both theory and practice.     

基于压缩感知STORM超分辨成像与像素的关系

针对基于压缩感知STORM(stochastic optical reconstruction microscopy)超分辨成像效果差的不足,提出采用高分辨相机改善基于PSF测量矩阵性能的方法.该方法能够改善基于PSF测量矩阵的约束等距性(restricted isometry property,RIP),从而达到提高重构效果的目的.实验结果表明,采用高分辨相机后基于PSF(point spread function)测量矩阵的列不相关性更好,重构能力、定位准确度和识别率都得到极大改善.同时探讨了以传统指标体系评价基于压缩感知的超分辨重构质量的优劣和适用性.发现匈牙利法和质心法的组合方案较能反应真实的基于压缩感知的超分辨重构效果.