太赫兹MIMO弧形阵列方位向成像算法研究

该文提出一种新的在太赫兹频段下基于MIMO弧形阵列的方位向成像算法,通过将MIMO弧形阵列等效转换为MIMO线阵,基于等效MIMO线阵引入RMA算法思路对弧形阵列方位向图像进行重建。该文详细介绍了MIMO弧形阵列与普通MIMO线阵的等效转换,建立了相应的成像信号模型,设计了MIMO弧形阵列太赫兹单频方位向成像算法,并通过计算机仿真验证了该算法的可行性与有效性。     

太赫兹稀疏阵列相干因子栅旁瓣抑制方法

在太赫兹成像中,阵列的稀疏化设计会引起栅旁瓣的恶化。在传统相干因子(Coherence Factor,CF)加权的基础上设计了适用于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)稀疏成像阵列的相位相干因子(Phase Coherence Factor,PCF)和符号相干因子(Sign Coherence Factor,SCF)两种加权栅旁瓣抑制方法。对点目标仿真结果表明,CF、PCF和SCF栅旁瓣抑制后峰值旁瓣比(Peak Side Lobe Ratio,PSLR)分别降低了17.81 dB、24.56 dB和22.74 dB,在340GHz 4T16R稀疏阵列成像系统中的实测结果也表明,PCF和SCF对栅旁瓣的抑制效果分别优于CF6dB和4dB以上。     

地基MIMO雷达快速成像算法研究

地基多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)成像雷达采用数字波束形成技术实现二维成像,具有成像速度快的技术优势。本文提出了一种适用于大景深、宽视角场景的地基MIMO雷达的快速二维成像算法。首先,根据MIMO雷达的阵列构型建立回波信号模型;其次,基于该模型补偿天线阵列近场空变性的相位中心近似(Phase Center Approximation, PCA)误差并进行数据重排,通过Kesytone变换校正距离徙动;然后,利用方位分块Dechirp处理实现方位向聚焦,实现MIMO雷达二维成像;最后利用MIMO雷达外场实验数据完成了算法验证。研究结果表明:在保证成像精度要求的情况下,该算法可以实现大景深、宽视角场景的高分辨快速成像,成像处理时间优于反向投影成像(Back Projection, BP)算法。      

基于跨航向稀疏阵列的机载下视MIMO 3D-SAR三维成像算法

基于阵列天线的SAR 3维成像技术是实现SAR 3维高分辨成像的重要方式之一。该文通过沿飞行平台跨航向稀疏地布置多个收发天线阵列单元,构造了跨航向稀疏下视阵列天线构型的MIMO(多发多收)机载3D-SAR,并分析了跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的成像几何、3维回波信号模型,提出了适用于跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的3维成像算法,最后通过仿真实验验证了算法的有效性并对结果进行了分析。     

一种0.34 THz站开式三维成像安检仪

介绍了一种太赫兹站开式大视角三维成像雷达系统。系统可用于人体隐藏危险品的成像检测,采用二维非均匀逐点扫描的工作方式,视场范围达到0.6 m×1 m,成像速度达到2 s。系统工作于0.34 THz,采用直径450 mm椭球镜聚焦,在5.8 m的成像距离实现了2 cm的方位分辨力。为了改善回波动态范围,采用相位噪声相消的系统结构。系统采用调频连续波(FMCW)雷达线性调频信号作为工作波形,工作带宽达到12 GHz。成像结果显示,系统校正后的距离分辨力可达到2 cm,能够实现隐藏危险品的有效检测。     

基于MIMO雷达的高分辨成像方法

以实现对空中目标的高分辨成像为目的,文章提出了基于MIMO雷达的技术解决方案.首先分析了MIMO雷达的工作原理和实现形式,而后建立了MIMO雷达成像模型,并推导出MIMO雷达多通道回波与目标空间频谱的对应关系.通过分析目标空间频谱的支撑区分布,论证了MIMO雷达阵列方位向的高分辨成像能力.最后进行了成像仿真实验.结果表明:在同等接收阵列条件下,MIMO阵列与实孔径阵列相比方位分辨率能够得到数倍的提高.     

前视阵列SAR回波稀疏采样及其三维成像方法

针对高分辨前视阵列SAR三维成像系统面临的距离采样率高和回波数据量大的问题,本文利用地面散射源在三维空间中的稀疏性,提出距离频域和沿航向时域二维稀疏采样并稀疏重构地面三维图像的方法.从前视阵列SAR角度观察三维地面,地面散射源在距离向和沿航向二维空间中是稀疏的,在该二维方向上联合稀疏采样有望实现最佳的稀疏采样效果.为避免距离向时域稀疏采样造成的三维成像复杂化,提出利用子脉冲结合距离频域稀疏采样的方法来实现距离向稀疏采样.同时,结合地面散射源连续性特点,提出低信噪比情况下稳健的信号重构方法.与传统三维匹配滤波成像方法相比,本方法降低了距离采样率和回波数据量,并直接重构地面散射源信息以实现三维成像.     

GPU 加速条件下基于相位补偿反投影算法的太赫兹 ISAR 成像

介绍了0.22 THz步进频率雷达系统及二维高分辨率ISAR成像方法。该雷达系统的合成带宽为12GHz,可以同时实现近场及远场成像。在近场条件下,该系统在距离向和方位向实现二维高精度成像,通过相位补偿反投影算法,太赫兹ISAR图像的分辨率可以达到厘米量级。研究结果表明,采用同样的太赫兹频率步进雷达系统,基于反投影算法的太赫兹ISAR成像可以实现更高的精度和更精细的分辨率。为了加速成像过程,采用了GPU的加速平台,该方法为进一步开展近场高分辨率雷达成像,特别是太赫兹波段雷达成像提供了研究基础。     

多重测量矢量模型下的稀疏步进频率SAR成像算法

基于压缩感知(Compressed Sensing, CS)的合成孔径雷达(SAR)成像算法可以用低于Nyquist采样率的采样数据完成稀疏目标高分辨成像。然而已有的算法在重构1维距离像时采用的大都是单重测量矢量(Single Measurement Vectors, SMV)模型,存在着重构耗时长、受噪声干扰大的缺点。该文从压缩感知的多重测量矢量(Multiple Measurement Vectors, MMV)模型出发,利用多重测量矢量恢复具有相同稀疏结构的联合稀疏目标信号源,从理论与实验角度分析了基于MMV模型的SAR 1维距离像成像性能,提出了一种距离向基于MMV模型,方位向基于SMV模型的2维SAR成像算法。该算法从耗时上、重构精度上均优于SMV模型下的CS成像算法。通过对仿真数据和地基雷达实测数据的处理,验证了算法的有效性。     

一种基于二维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法

互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。      

W波段16元完全采样焦平面线性阵列天线设计

针对毫米波焦平面阵列被动成像应用,设计了频率为84GHz~94GHz的16元焦平面线性阵列天线。聚焦天线采用500mm口径的旋转抛物面以获得0.47°角分辨率,16馈源排成4×4阵列,相邻列馈源中心位置在垂直方向交错排列,这样不改变馈源排列密度而提高对场景采样密度1倍。采用电流分布法对馈源阵列参数进行优化设计,实测方向图表明天线阵在垂直方向（E面）采样密度满足Nyquist完全采样要求。将天线应用于成像系统中进行成像实验,结果表明天线沿水平方向扫描一次后,即可获得场景成像二维完全采样数据,成像耗时比传统扫描方式减少1倍。     

W波段16元完全采样焦平面线性阵列天线设计

针对毫米波被动成像应用,设计了工作频率为84 ～ 94 GHz的16阵元焦平面阵列天线.聚焦天线采用500 mm口径的旋转抛物面以获得0.47°角分辨率;16馈源排成4×4阵列,相邻列馈源在垂直方向交错排列,使天线在垂直方向采样波束密度增加一倍,满足Nyquist采样要求;采用电流分布法并利用MATLAB编程计算馈源偏焦时天线辐射场分布,对馈源阵列排列参数进行优化设计.成像实验结果表明,天线沿水平方向扫描一次即可获得场景成像二维完全采样数据,成像耗时比传统扫描采样方式减少一倍.     

Deep tissue photoacoustic imaging using a miniaturized 2-D capacitive micromachined ultrasonic transducer array

In this paper, we demonstrate 3-D photoacoustic imaging (PAI) of light absorbing objects embedded as deep as 5 cm inside strong optically scattering phantoms using a miniaturized (4 mm × 4 mm × 500 μm), 2-D capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) array of 16 × 16 elements with a center frequency of 5.5 MHz. Two-dimensional tomographic images and 3-D volumetric images of the objects placed at different depths are presented. In addition, we studied the sensitivity of CMUT-based PAI to the concentration of indocyanine green dye at 5 cm depth inside the phantom. Under optimized experimental conditions, the objects at 5 cm depth can be imaged with SNR of about 35 dB and a spatial resolution of approximately 500 μm. Results demonstrate that CMUTs with integrated front-end amplifier circuits are an attractive choice for achieving relatively high depth sensitivity for PAI.     

合成孔径激光雷达下视三维成像构型及算法

传统激光三维成像均采用实孔径成像技术,其分辨率会随着作用距离的变远而降低。相比于实孔径成像,合成孔径成像的一个显著优势是沿航向的分辨率不随作用距离的变化而变化。基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型。该系统采用激光泛光发射模式和多波束相干接收,首先,在高度向,采用大时宽带宽的线性调频信号,并利用解线频调技术实现高分辨率;其次,沿航向利用合成孔径技术频域压缩算法实现高分辨率,其中考虑到激光调频信号的长扫频周期,对于平台连续运动引入的多普勒平移项进行了补偿;在跨航向通过实孔径阵列实现高分辨率。最后,通过仿真实验验证了该系统的有效性。     

Projection x-space magnetic particle imaging

Projection magnetic particle imaging (MPI) can improve imaging speed by over 100-fold over traditional 3-D MPI. In this work, we derive the 2-D x-space signal equation, 2-D image equation, and introduce the concept of signal fading and resolution loss for a projection MPI imager. We then describe the design and construction of an x-space projection MPI scanner with a field gradient of 2.35 T/m across a 10 cm magnet free bore. The system has an expected resolution of 3.5 × 8.0 mm using Resovist tracer, and an experimental resolution of 3.8 × 8.4 mm resolution. The system images 2.5 cm × 5.0 cm partial field-of views (FOVs) at 10 frames/s, and acquires a full field-of-view of 10 cm × 5.0 cm in 4 s. We conclude by imaging a resolution phantom, a complex "Cal" phantom, mice injected with Resovist tracer, and experimentally confirm the theoretically predicted x-space spatial resolution.     

Microwave holography

Using Gabor's two-step imaging process, a hologram has been constructed with microwave radiation at 16 GHz, and image reconstruction has been accomplished at optical wavelengths using a 6328 Å laser source. For this hologram a phased receiving array sampled the scattered field in the vertical direction, while the object rotation resulted in the generation of a synthetic array in the horizontal direction.     

Ka-band Dielectric Waveguide Antenna Array for Millimeter Wave Active Imaging System

Ka-band compact dielectric waveguide antenna array for active imaging system is given. Antenna array with WR28 metal waveguide direct feeding is specially designed with small size, high gain, good radiation pattern, easy realization, low insertion loss and low mutual coupling. One practical antenna array for 3-D active imaging system is shown with theoretic analysis and experimental results. The mutual coupling of transmitting and receiving units is less than -30dB, the gain from 26.5GHz to 40GHz is (12-16) dB. The results in this paper provide guidelines for the designing of millimeter wave dielectric waveguide antenna array.     

基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法

为了提高多输入多输出(MIMO)雷达三维成像沿运动方向的方位分辨率,该文从多快拍图像联合利用的角度入手,提出一种新的多输入多输出-逆合成孔径雷达(MIMO-ISAR)三维成像方法。其基本思路是通过对一段时间观测下二维平面阵列获取的多个单快拍三维图像进行相干处理,沿着散射点线性拟合的方向提取峰值并重构出新的三维图像。仿真实验结果表明,与单快拍三维成像方法相比,该方法可以显著提高成像结果沿运动方向的方位分辨率;与现有基于重排和插值的经典MIMO-ISAR方法相比,该方法对慢速和快速运动目标均适用,得到的成像结果聚焦良好并能够有效抑制沿运动方向的旁瓣。      

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

电小尺寸锥台上单馈圆极化共形导航天线阵设计*

在电小尺寸锥台上,设计并实现了一款工作于GPS L1 频点(1.575GHz)和北斗B1 频点(1.562GHz) 的锥台共形水平全向圆极化微带天线阵。采用HFSS 软件仿真,比较分析了锥台共形对贴片天线阵单元S11 、轴比、 增益等参数带来的影响,通过对辐射贴片尺寸调整,改善其圆极化性能,提高了圆极化增益。加工实物天线阵样机, 测试结果表明,该天线阵在1.556 ~1.578 GHz 频段内S11<=-10dB,在GPS L1 频点和北斗B1 频点处,水平全向增益 最大值分别为2.08dB 和1.19dB,增益不圆度小于2dB,实测结果证明该天线具有良好的水平全向圆极化辐射性能。