基于全相位谱分析的傅里叶望远镜外场实验数据处理

为了提高傅里叶望远镜(FT)的成像质量,实现对运动目标的高分辨率成像,研究了能抑制由声光移频器移频误差、光学器件偏差及信号采样截断等产生的频谱泄漏且能实时计算信号频率的数据处理方法。首先,采用全相位预处理技术对外场静态目标的采样信号进行处理;通过搜索算法得到每束干涉光的整点频率最大值。然后,基于apFFT谱分析时移相位差校正法计算每束干涉光的真实频率。最后,对非整点频率解调,采用5点最小二乘拟合方法,得到目标的傅里叶分量信息。实验结果表明:与传统方法相比,本文提出的数据处理方法得到的重构图像的斯托里尔比(Strehl)相应提高了3%。另外,本文方法对频谱泄漏的抑制能力更强;对静态目标实验数据进行处理后,重构图像质量有一定的提升;该方法也为运动目标的成像数据处理提供了参考。     

稀疏采样傅里叶望远镜成像

为了实现傅里叶望远镜快速成像,提出了一种稀疏采样图像重构方法,并对利用稀疏傅里叶样本精确重构目标图像的问题进行了研究。首先,基于压缩感知理论,并考虑目标图像在变换域的稀疏性或可压缩性,建立稀疏采样图像重构问题的优化模型。然后,构造适当的随机稀疏采样模板,对目标图像的傅里叶分量进行采样测量。最后,利用随机稀疏测量样本,通过非线性优化精确重构目标图像。实验结果显示,对实际的卫星图像,利用20%～30%随机测量样本非线性重构图像与利用全部测量样本直接重构图像的均方误差仅为4%～6%,表明利用随机稀疏傅里叶样本能够实现精确的图像重构,而且大大减少了测量样本的数量,从而有效降低了实现快速成像对傅里叶望远镜系统的成本和复杂性要求。     

非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差,提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程,根据编码器在不同转速下的实时采样,揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性,采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号,利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式,测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理,两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明,该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号,精确地测量编码器的动态细分误差,为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。     

实验室环境内傅里叶望远镜技术的实现

傅里叶望远镜是一种成像系统。该系统通过扫描目标上不同空间频率和取向的条纹图形来建立目标的傅里叶频谱,用非成像探测器接收被调制的散射光。为确认基本测量原理和图像重构算法的有效性,完成了傅里叶望远镜的实验室验证,并比较了实验获得图像与仿真图像。后续实验将获得偏离理想测量条件后的结果。本实验用于地球同步轨道卫星的成像。     

线阵CCD视频输出信号傅里叶分析与滤波参数设计

介绍了新型线阵CCD器件视频信号的两种输出形式：常规形式和采保形式。两种输出形式都可分解为周期信号分量和非周期信号分量，周期信号分量展成傅里叶级数，非周期信号进行了傅里叶变换。傅里叶分析的两种结果表明了不同的sin c函数形式，为两种输出信号的不同去噪滤波参数的设定确立了清晰的理论依据，并设计了两套滤波器参数，实验效果显著。     

傅里叶变换在莫尔测偏法中的应用

本文针对非球面莫尔测偏法提出了采用相移技术结合傅里叶变换进行数据处理的新方法,在对莫尔条纹图作二维傅里叶变换后可获取相应于被测表面高度的相位信息,然后用相移来确定该位信息的正负号,以最终正确重构测表面的三维形貌,对有限宽莫尔条纹图因栅线夹角引起的倾斜项误差要用最小二乘法加以剔除,用该法进行了非球面测量。     

基于非均匀快速傅里叶变换的正交频分复用水声通信多普勒估计与补偿方法

针对正交频分复用水声通信对多普勒频移敏感的问题,提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换的正交频分复用水声通信多普勒估计与补偿算法。将第2类非均匀快速傅里叶变换引入正交频分复用水声通信中,利用非均匀快速傅里叶变换对接收信号进行多普勒因子网格补偿,通过稀疏贝叶斯学习获得水声信道估计,以水声信道的稀疏能量最小作为多普勒因子判断准则,从而获得高精度多普勒估计。仿真结果显示,所提出的方法在信噪比大于5 dB时,多普勒估计均方根误差优于1×10~(-5),同时系统误码率随着多普勒估计均方根误差减小而降低。海上试验结果显示,利用本文所给多普勒估计方法获得的两船相对径向速度与实际情况相吻合,系统解码后的平均误码率优于8.33×10~(-4)。仿真和海上试验结果表明,所提出的算法能够对多普勒因子进行有效估计,并且降低系统误码率。     

多信道数据采集和光纤传输系统的实现

本文设计并实现适用于高压变电站容性设备的多信道数据采集系统，提出了采用硬件测量信号频率作为初值，以最小二乘法拟合实际信号频率，结合离散傅里叶变换法进行容性设备介质损耗计算的方法。系统采用双纤双向的光纤通信系统传送数字信号，实现了强电侧和弱电侧的隔离。     

一种基于非均匀目标的空间相机平场定标方法

平场定标是空间相机研制过程中必不可少的定标项目。目前,普遍使用均匀照明目标进行空间相机的平场定标,而该方法由于依赖于目标的均匀性,其应用存在一些缺陷。提出了一种基于非均匀目标的平场定标方法,摆脱了对目标均匀性的依赖,具有实际应用价值。首先,基于多幅非均匀目标图像像元灰度的相关性,建立了相机像面响应度分布计算模型;采用最小二乘迭代法对该模型进行了求解,并编写程序进行仿真验证,验证结果表明,在图像信噪比高于25dB的情况下该方法定标精度优于0.5%;最后,根据该方法的特点,给出了实际定标试验的操作流程。     

基于自适应经验傅里叶分解的机械故障诊断方法

为了克服傅里叶变换、经验模态分解与傅里叶分解方法在分析非平稳信号方面的不足,提出一种适合非线性和非平稳信号分析的新方法——自适应经验傅里叶分解(Adaptive empirical Fourier decomposition,AEFD)。AEFD方法以快速傅里叶变换为基础,通过对变换系数进行分组重构,能够将一个非平稳信号自适应地分解为若干个瞬时频率具有物理意义的傅里叶本征模态函数(Fourier intrinsic mode function,FIMF)之和。研究了AEFD的分解正交性和精确性,通过仿真信号分析,将其与经验模态分解,变分模态分解和傅里叶分解方法等进行了详细对比,结果表明了AEFD的优越性。最后,为了提高故障诊断的精度和验证AEFD的有效性,将AEFD应用到转子碰摩和滚动轴承局部故障诊断中。试验数据分析结果表明,与经验模态分解等方法相比,AEFD不仅能够有效地诊断故障,而且诊断精度更高。     

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。     

反射型衍射CT中的迭代法图像重构

基于衍射的计算机层析成像术是建立在Fourier衍射投影定理基础上的.衍射CT图象重构可看作由非均匀频率样点重建信号的问题.提出一种用于反射型衍射CT的图像重构算法,此方法利用反向散射数据进行2D非均匀Fourier反变换.由于直接的非均匀Fourier反变换不易实现,所以采用基于min-max优化准则的非均匀快速Fourier正变换,通过迭代实现非均匀Fourier逆变换的快速有效计算.为了减少迭代次数加快收敛速度,首先用频域插值法得到重构图像的初值,然后根据min-max准则,每经过一次迭代得到重构图像的一个更新版本,重复多次迭代直至得到可接受的重构结果.给出了数值实验结果.与传统重构算法如Gridding方法相比,该算法计算复杂度相当而重构精度较高.     

基于火星探测的人工标志识别定位

为了实现火星探测中巡视器以及着陆器上人工标志的识别定位,结合好奇号火星车的人工标志特征和火星环境的特点,提出一种人工标志两步识别定位方法。第一步是在图像中识别人工标志并进行初步定位。该步骤通过图像边缘检测,提取并跟踪各轮廓边界。针对人工标志存在的沙尘附着、光照不均、以及阴影遮挡等问题,提出一种基于火星环境的自适应边缘检测方法。采用最小二乘椭圆拟合方法对每一个轮廓边界进行椭圆拟合,将拟合所得的椭圆参数作为标志的初步定位结果。第二步是对各人工标志进行精确定位。根据初步定位的椭圆参数进行图像分割。考虑标志中心为两条直线的交点,故采用Hough变换对各分割出的图像块进行直线检测,并对交点进行重定位,从而得到人工标志的精确位置。对好奇号火星车的标志图像进行了试验,结果表明:提出的方法能够检测存在较大变形的人工标志,对标志中心的定位精度稳定在1个像素以内。该对沙尘附着、光照以及阴影遮挡具有一定的鲁棒性,基本满足火星探测中人工标志定位的精度和鲁棒性要求。     

Development of a parallel detection and processing system using a multidetector array for wave field restoration in scanning transmission electron microscopy

A parallel image detection and image processing system for scanning transmission electron microscopy was developed using a multidetector array consisting of a multianode photomultiplier tube arranged in an 8 x 8 square array. The system enables the taking of 64 images simultaneously from different scattered directions with a scanning time of 2.6 s. Using the 64 images, phase and amplitude contrast images of gold particles on an amorphous carbon thin film could be separately reconstructed by applying respective 8 shaped bandpass Fourier filters for each image and multiplying the phase and amplitude reconstructing factors.     

基于压缩感知关联成像的目标检测技术

高效率的目标检测是视觉应用的重要技术,但运动目标的提取易受环境的影响。关联成像能够解决特殊环境下难以获得清晰图像和一些常规成像技术不易解决的问题。在目标检测中,利用关联成像采集图像信息并运用背景差分法在压缩域中获得目标图像的测量值,直接通过压缩感知重构出目标图像。这种方法可以解决在特殊情况下无法检测到目标的问题,同时检测到的目标图像清晰,采样次数少,信噪比也较高。     

采样定理的拓展--一种新的非均匀采样规则

由于采样定量用来指导采样时段内信号的均匀采样（或重采样），但在实际中需要进行磋均匀采样，因此提出了一种新的非均匀采样规则，即让短时采样频率大于等于2倍的信号短时最大频率，以指导非均匀采样（或重采样）。经用两个仿真信号验证说明，非均匀采样的数据用样条插值恢复只有很小的数值误差，说明该规则是可行的，并将它与传统的非均匀采样定理做了比较，指出了它面向时变信号采样的特点。