实用干涉合成孔径声纳复图像配准法

海底地貌测绘的最新技术是利用干涉合成孔径声纳(InSAS)进行三维立体成像,其信号处理的关键在于成像之后的图像配准、干涉成像等步骤。图像配准的精度直接影响相位图的质量,从而影响所求目标区域高度的准确性。在分析InSAS复图像数据特点的基础上给出一种实用的基于最大干涉频谱法的复图像配准方法,缩减了配准搜索范围,在一定程度上提高了配准速度和精度。利用该方法对湖试测得的湖底地貌数据进行配准,用复图像相干系数和干涉相位图的残余点数对配准效果进行评估,通过配准前后的参数比较,证实了最大干涉频谱法用于InSAS复图像配准能够取得较好的配准效果。     

重轨InSAR平地干涉相位特性研究

鉴于平地干涉相位的补偿是重轨合成孔径雷达干涉测量（InSAR）的重要环节以及平地干涉相位特性对于InSAR处理过程中的参数选择和基线重估计的重要意义,本文针对不同参考面对平地干涉相位特性的影响以及如何利用平地干涉相位特性实施干涉基线重估计的问题进行了研究,从理论上推导出了参考面为平面和球面情况下平地干涉相位以及平地干涉相位频率的标量表示方法,对平面、球面和WGS84椭球面三种不同参考面所对应的平地干涉相位特性进行了对比分析,给出了利用平地干涉相位和平地干涉相位频率方法进行干涉基线重估计的算法理论。研究表明,利用平地干涉相位特性可以实施干涉基线重估计,而考虑到参考面选择对平地干涉相位的影响,在进行干涉处理过程中必须选择适当的参考面。     

InSAS干涉测深系统误差分析

对由海水折射引起的InSAS干涉测深误差进行了分析。在分析InSAS测深原理的基础上,采用射线声学理论分析了两种典型的中国海浅海声速剖面条件下,距离深度比对测深精度的影响。结果表明,对于典型的中国海浅海声速剖面,在水深为40m的情况下,当距离深度比达到5～10倍时,InSAS干涉测深系统将带来5～20m的深度测量误差和1～3m的水平距离误差。因此,为提高InSAS干涉测深系统精度,必须要进行声速补偿。     

用SIR-C航天飞机双频极化干涉雷达估计植被高度的方法研究

基于重复轨道航天飞机SIR—C的L和C波段极化干涉雷达数据,提出了一种将三阶段反演方法(Three—Stage Inversion)和ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法相结合的新的相位基植被高度估计方法。首先,基于L波段极化干涉数据,用三阶段反演方法获取植被覆盖地表下地形有效散射中心的相位;接着,基于c波段极化干涉数据,用ESPRIT算法估计植被冠层有效散射中心的相位;最后,对二者的相位差进行相位到高度的转换得到植被的高度。根据研究区域的实测林相数据,对该算法估计的植被高度结果进行了比较和验证,结果表明：该方法具有足够高的植被高度估计精度,如果能得到P和X波段的双频极化干涉雷达数据,该方法估计植被高度的精度将会得到进一步的提高。     

基于协方差矩阵Toeplitz重构的MUSIC算法的波达方位估计方法

针对传统波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计方法通过空间平滑对相干信号进行处理损失阵列孔径的问题，文章提出了一种基于协方差矩阵托普利兹（Toeplitz）矩阵重构的多重信号分类（Multiple Signal Classification, MUSIC）算法的波达方位估计方法。该方法首先根据阵列接收数据的协方差矩阵及其翻转矩阵来构造新协方差矩阵，并利用新协方差矩阵构造Toeplitz矩阵，然后对其进行特征值分解，得到Toeplitz矩阵的噪声子空间，利用噪声子空间求出信号空间谱，通过谱峰搜索估计入射信号的方位角。文中方法拓展了阵列孔径，增加了可估计相干信号的数量，提升了方位估计的性能，提高了阵列的空间分辨率。仿真和湖上实验数据处理结果表明，文中方法可估计出更多的相干信号，而且在低信噪比、少快拍以及信号入射角度间隔较小时仍然具有良好的方位估计性能。     

重轨InSAR干涉测量中的大气信号特征分析

给出了干涉测量中大气相位延迟与单次雷达测量时大气相位延迟的关系,并利用ERS Tandem数据对重轨干涉测量中的大气信号进行了定量的分析研究.实验数据的结果表明,干涉测量中大气相位延迟信号与地面高程有关,随高度增高干涉测量中的大气相位延迟信号变小;在重轨干涉测量中大气信号的结构函数和功率谱函数均呈现指数分布规律,并且在山区和平地,在不同的尺度呈现出不同的指数分布特性.该研究结果有助于建立重轨hSAR干涉测量中的大气信号模型.     

合成孔径声纳干涉相位图噪声抑制方法分析

讨论了合成孔径声纳的干涉相位图降噪问题。利用加性噪声模型,分析了四种降噪算法:像素平均法、非线性条件邻域均值法、模糊中值法和向量滤波法。通过仿真数据生成的干涉相位图进行降噪分析得到结论:通过像素平均法和条件邻域均值法降噪后不能准确地生成高度图,不推荐在实际中使用。而模糊中值法和向量滤波法通过降噪可以准确地生成高度图。通过相位图残留点数和高度图方差对比发现,向量滤波法性能最优,是一种快速有效的噪声抑制方法。     

一种正弦相位调制光纤干涉条纹相位稳定方法

为了消除环境因素(尤其是振动和温度波动)在物体表面三维形貌测量中的影响,基于正弦相位调制(SPM)发展了一种光纤干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。利用两光纤干涉臂端面的菲涅尔反射生成迈克尔逊干涉信号,由光电探测器(PD)检测后送入相位控制系统。采用相位生成载波的方法提取干涉信号的相位,并将生成的补偿信号闭环反馈给压电陶瓷驱动器,与正弦相位调制信号相加后共同驱动压电陶瓷,补偿环境因素带来的相位漂移,实现干涉条纹相位的稳定。环境因素对条纹相位的影响低于57 mrad,实验结果验证了该方法可行性。     

SAR干涉测量数字高程模型提取与高程误差校正

介绍了基线几何参数的估计、干涉相位图生成、干涉相位去平、基线几何参数优化算法、高程解算等原理。利用在中国内蒙古自治区获取的一对ＳＩＲ－Ｃ／Ｘ ＳＡＲ Ｌ波段干涉测量数据研究了干涉测量数据处理方法,对整景ＳＡＲ数据进行了处理,生成了相应地面范围的数字高程模型。在试验区地形图的辅助下,分析了利用粗略基线几何参数求算高程产生误差的原因,实现了基于ＧＣＰ的基线几何参数优化算法。利用控制点进行校正后,数字高     

希尔伯特变换实时全息干涉条纹相位提取

实时全息干涉法可以观察记录整个测试过程中条纹图的动态变化,传统相位提取算法只适合于静态干涉条纹图相位的提取.根据实时全息干涉条纹和希尔伯特变换的特点,提出了利用希尔伯特变换提取实时全息干涉条纹相位值的方法,采用了高通滤波的方法减少背景光强的影响,对铝片受力变形实验中实时全息干涉条纹的相位变化分布进行了提取.实验表明:希尔伯特变换法适合于动态条纹的相位提取,可以自动提取实时全息干涉测量过程中全场各点在任意两个时刻间的相位变化值,且测量结果与实时全息干涉条纹人工分析结果一致.     

Multibaseline InSAR height estimation through joint covariance matrix fitting

A new joint processing method based on joint covariance matrix fitting is presented for the multibaseline synthetic aperture radar interferometry. This method can make full use of the interferometric information embedded in the joint covariance matrix to estimate the terrain height without eigendecomposition and eigenspace division, and is insensitive to the rank variation of the joint signal subspace. By fitting the sample joint covariance matrix tapered with the coherence matrix, this method can work robustly with a finite sample support, which also makes it possible to recover the detail of terrain profile with a small neighbouring sample support. The results of numerical simulations demonstrate the validation of the proposed method.     

Contrast enhancement and robustness improvement of adaptive ultrasound imaging using forward-backward minimum variance beamforming

In adaptive ultrasound imaging, accurate estimation of the array covariance matrix is of great importance, and biases the performance of the adaptive beamformer. The more accurately the covariance matrix can be estimated, the better the resolution and contrast can be achieved in the ultrasound image. To this end, in this paper, we have used the forward-backward spatial averaging for array covariance matrix estimation, which is then employed in minimum variance (MV) weights calculation. The performance of the proposed forward-backward MV (FBMV) beamformer is tested on simulated data obtained using Field II. Data for two closely located point targets surrounded by speckle pattern are simulated showing the higher amplitude resolution of the FBMV beamformer in comparison to the forward-only (F-only) MV beamformers, without the need for diagonal loading. A circular cyst with a diameter of 6 mm and a phantom containing wire targets and two cysts with different diameters of 8 mm and 6 mm are also simulated. The simulations show that the FBMV beamformer, in contrast to the F-only MV, could estimate the background speckle statistics without the need for temporal smoothing, resulting in higher contrast for the FBMV-resulted image in comparison to the MV images. In addition, the effect of steering vector errors is investigated by applying an error of the sound speed estimate to the ultrasound data. The simulations show that the proposed FBMV beamformer presents a satisfactory robustness against data misalignment resulted from steering vector errors, outperforming the regularized F-only MV beamformer. These improvements are achieved without compromising the good resolution of the MV beamformer and resulted from more accurate estimation of the covariance matrix and consequently, the more accurate setting of the MV weights.     

稳健协方差矩阵重构波束形成算法

针对信号导向向量失配以及接收数据协方差矩阵存在误差会导致传统的自适应波束形成器产生能损失的问题,提出了一种基于干扰加噪声协方差矩阵重构的稳健波束形成算法.该算法通过对信源来波角度范围进行Capon谱估计得出重构信源协方差矩阵,并通过特征分解以及子空间性质得出信源的导向向量,然后利用重构所得信源导向向量计算出信源功率以及...     

波达方向误差对对角加载波束形成的影响研究

文章回顾了对角加载波束形成理论的发展,列举了几种较常使用的求取对角加载因子的方法。通过多个仿真实例,着重分析了Xavier提出的基于无限随机矩阵理论的对角加载因子的方法．指出了其局限性一在期望信号的方向向量存在误差的时候,该方法产生自消现象,从而波束形成器的性能急剧下降。本文结合特征空间波束形成,根据期望信号的实际方向向量正交于噪声子空间,提出一种改进方法一先对期望信号的方向进行校正,再求取对角加载因子,从而加强了Xavier的方法对波达方向失配的稳健性。仿真实例验证了在信噪比不大的时候这个方法的有效性。     

非正则复向量的扩展MVDR算法研究

研究了非正则复向量的特性对MVDR算法的影响。将阵元接收数据经过FFT运算后,在任一频率下的列向量都是非正则复向量。根据非正则复向量伪自相关阵的特性．提出了扩展自相关矩阵和扩展驾驶向量,推导出了扩展MVDR（ExMVDR）算法：仿真试验表明ExMVDR算法比MVDR能够更好的压制旁瓣,主瓣的信噪比能够提高2dB左右。     

基于卷积盲源分离的噪声鲁棒性语音识别的研究

研究了一种基于卷积盲分离算法与MFCC（Mel-Frequency Cepstral Coefficient）特征相结合的噪声鲁棒语音识别方法。该方法在预处理阶段,首先计算预白化观测数据的多阶自相关协方差矩阵,以获得多时延处理的二阶解相关统计信息。然后利用得到的二阶统计信息构建两个对称正定矩阵,通过Cholesky因式分解等一系列变换获得唯一存在的矩阵,根据此矩阵估算语音信号并提取MFCC特征用于后续识别。实验结果表明,在低信噪比条件下,该方法对于数字语音的识别性能优于基本的MFCC识别器和文献中已有的卷积分离算法。     

First-order perturbations of reflective surfaces and their effects in interferometric testing of mirrors

The equations are derived which relate first-order perturbations of a mirror surface to the optical path difference (OPD) function observed during interferometric centre-of-curvature null tests. Rigid body displacements in particular and their effects on the Fourier coefficients of the OPD function are then considered. Next, the linearity of the rigid body component of the OPD is shown to lead to a method, based on the generalized matrix inverse, for aligning mirrors. Finally, the limits of the validity, in terms of the magnitude of local displacements, of our linear model are analysed. The result of the analysis is a concise, conceptually appealing treatment of general surface deformations in the interferometric regime and a matrix formulation for the particular case of rigid body displacements in the centre-of-curvature null interferometer configuration. This robust formulation treats interferometrically measured OPD functions as state vectors and small deformations as linear transformations of these vectors.     

风振响应计算的新方法——广义坐标合成法

风振响应通常根据激励的功率谱矩阵,采用完全二次型组合(CQC)或其改进算法进行计算。但对于已由风洞试验给出激励时程的结构而言,采用广义坐标合成法(GCS)可获得更高的计算效率和更快的计算速度。该方法利用单自由度广义坐标方程的频域数值解法,求解广义坐标时程,进而根据振型叠加法得出响应时程或响应方差。对于加速度响应,则首先计算广义坐标的加速度时程然后再叠加。求解响应方差时,GCS的计算量和计算规模通常不到CQC改进算法的1/10,而计算结果与CQC方法完全等价。该方法的另一突出优点是可方便的得到响应时程,这为开展响应构成和概率特性的研究创造了有利条件。通过两个典型算例阐述了该方法的具体应用,证明该方法具有高效、快速、准确的特点。     

干涉合成孔径声纳新体制研究

提出一种干涉合成孔径声纳新体制：采用多个发射阵和一条接收阵的收发阵结构,通过对正交回波信号进行分离和分别成像处理得到多幅来自不同收发路径的合成孔径图像,将这些合成孔径图像进行干涉处理,实现了干涉合成孔径三维声成像;论证了新体制的可行性;论述了新体制相对于已有体制的优越性。     

系统识别过程中参数协差阵的先验估计

系统识别的损伤检测和估计是建立在参数估计上的。当考虑参数的随机特性时,必须对参数的方差和参数之间的相关系数作出估计。本文提出了参数协差阵的先验估计方法,对于同一单元内不同类型的参数,通过将参数分解为一系列统计独立的要素,利用函数协差阵与变量协差阵之间的关系求得参数的协差阵。不同单元的同一类型参数的相关系数通过对检测数据的数理统计或利用工程师的经验得到估计。