基于先验信息的综合孔径辐射计误差校正方法

误差会严重影响综合孔径微波辐射计的成像性能,需要进行校正.但是,随着系统工作频率的提高和阵列尺寸的扩大,校正难度越来越大.文中提出一种基于先验信息的综合孔径微波辐射计误差校正方法.该校正方法包括一个基于先验信息的校正矩阵以及一种基于先验信息的CLEAN算法.首先,该校正方法将含有误差的系统响应作为先验信息构造校正矩阵,并校正得到初步的反演图像;然后,利用上述先验信息估计系统的阵列因子并代入基于先验信息的CLEAN算法,校正图像中剩余的误差.仿真和实验结果表明该校正方法能有效提高综合孔径微波辐射计的成像质量.该校正方法可以在图像反演过程中全面校正综合孔径微波辐射计的误差,降低对校正系统的硬件性能要求,适用于大阵列毫米波综合孔径微波辐射计的校正误差.     

稀疏阵列微波暗室成像实验研究

为了在实际条件下验证稀疏阵列孔径综合方法可以避免稀疏阵旁瓣较高的问题,以及基于压缩感知理论的成像算法可以对具有稀疏特性的目标进行重建,开展了微波暗室实验。针对实验中的阵列误差,给出了具体的校正方法。通过实验数据处理证明了阵列误差校正方法、稀疏阵列孔径综合方法以及基于压缩感知理论成像算法的正确性和有效性。     

基于GPU的分布式全息孔径数字成像技术研究

分布式全息孔径数字成像技术是利用数字全息记录各子孔径的复振幅信息,通过孔径间相位拼接实现综合成像的一种主动成像技术。在远距离成像中,大气湍流引入的子孔径内高阶相位误差和子孔径间低阶相位误差,以及孔径间的位置失配误差,都会影响成像质量。随机并行梯度下降算法(SPGD)是一种无波前探测优化控制算法,具有可以并行、快速收敛、高效可靠等优点,可用于校正系统孔径内高阶和孔径间低价相位误差。但是SPGD算法需要多次迭代,运算量巨大,难以满足实时性要求。文章基于GPU平台,对高、低阶相位误差校正进行了并行加速处理,运算速度较CPU平台分别提升26.42倍和36.47倍。此外,采用AKZAE算法校正各子孔径间的位置失配误差,完成了各子孔径复振幅的拼接,最终实现了分布式四孔径的综合成像。     

一种新的综合孔径辐射计误差校正方法

综合孔径辐射计误差会严重影响系统的性能。文中提出了一种新的接收机误差校正方法。该方法包括一个校正矩阵和一种自动校正通道频率响应变化的方法。校正矩阵通过测量系统天线范围内的冲击响应得到。除了基线消条纹误差,该校正矩阵可以在图像重建过程中校正其他的接收机误差。自动校正方法则可以校正通道幅度和相位的时变误差。该方法能简化校正的步骤,减小了校正系统引入的额外误差。仿真结果表明,该校正方法能很好地改善综合孔径辐射计的成像质量。     

Ka波段毫米波综合孔径辐射计成像研究

华中科技大学电磁场与微波技术中心已经设计并研制出一套工作于Ka波段的16阵元一维毫米波综合孔径辐射成像系统HUST-ASR,样机采用了最小冗余稀疏直线阵列以及先进的数字相关技术。阵列幅相误差对综合孔径辐射计成像会产生严重影响,文中提出一种不增加系统硬件复杂度、易于实现的单外部辅助源校正方法,给出在辐射计低信噪比条件下的校正算法,并进行了成像试验验证。试验结果表明,该校正方法能够有效校正毫米波综合孔径辐射计的幅相误差,经过校正后的成像系统对自然场景实现了非常清晰的毫米波综合孔径亮温图像,空间分辨率达到0.64°,证明该系统具有良好的成像性能。     

光学综合孔径冗余基线校正法中的阵列设计

针对光学综合孔径相位校正法中的冗余基线校正法,利用矩阵论详细分析了其原理和阵列结构要求。指出该方法可以实现由仪器或传输介质等引起的相位误差的实时校正而无需建模或反复计算,但阵列结构必须含有足够多的用于校正误差的冗余信息,即相应的矩阵必须满秩且具有较小的条件数和栅距,以保证解的唯一性。在此基础上,提出新的12孔冗余阵列结构。仿真实验结果表明新阵列相应的矩阵满秩且条件数为21.3177,栅距为1/93,满足设计要求,可以用于实际应用中。     

角锥阵列相位精密调整机构设计及锁相实验

为了校正角锥棱镜阵列中子孔径的piston误差,设计了一种多单元一维相位精密调整机构,提出了一种基于相干合成原理的角锥棱镜阵列piston误差检测、调整方法。首先,设计了一种机械装置使单个角锥棱镜能够进行一维相位调整;其次,利用远场成像原理,分析了角锥阵列piston误差对远场衍射成像的影响;最后,基于远场光斑的不同,提出了一种角锥阵列piston误差的检测、调整方法。实验结果表明:角锥阵列相位精密调整机构能够达到0.1 μm级的调整精度,通过观测角锥棱镜阵列反射光束远场衍射图像,调整角锥棱镜单元相对位置,将反射光束PIB提升至0.49,远场图像接近仿真结果,基本实现了角锥棱镜阵列子孔径的piston误差的校正,提升了角锥棱镜阵列使用效率,扩展了角锥棱镜阵列使用场景。     

基于稀疏综合孔径天线的艇载成像雷达研究

 基于稀疏综合孔径天线概念,研究了平流层飞艇载对地观测成像雷达系统中的重要问题.提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,该方法使得综合后的相位中心在数量上和分布情况上与满阵天线相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;为提高系统作用距离,采用多频正交信号形成多发多收的工作模式,通过频率拼接提高距离分辨率;由于综合孔径天线阵列长度远小于场景宽度,系统采用了子孔径成像方法,并将曲线拟合和自聚焦处理相结合,解决了存在阵列形变误差时的精确成像问题.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位

分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级,光纤传感通道无法对波场进行密集采样,难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响,提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型,分析了光纤阵列相位误差来源,根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正;然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明,所提方法能够有效实现对目标源的二维定位,定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆,提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。     

干涉合成孔径辐射计的相位误差分析

干涉合成孔径辐射计是一种被动成像手段,可以根据目标和背景的亮温差别,实现目标探测功能,在揭露伪装、发现隐蔽目标方面有应用价值。介绍了干涉综合孔径辐射计成像基本原理,给出了一种毫米波干涉综合孔径成像系统的系统结构,分析了通道间相位误差对其性能的影响,设计了消除相位误差的校准方案,并对校准方案进行了仿真分析。     

阵列天线互耦、阵元位置误差和通道不一致性的校正

研究了阵列天线中由各阵元互耦、位置误差及通道不一致性引起的阵列流形误差的校正问题.在计算得到互阻抗矩阵对互耦实行补偿的基础上,利用单信号源可以实现各阵元位置、通道幅度和相位的较精确的估计,从而估计出综合误差存在情况下的阵列流形.这种方法解决了一般条件和复杂情况下代价函数难于收敛的问题.仿真结果表明了这种校正方法的有效性和稳健性.     

采用光学处理方法的被动太赫兹波综合孔径成像

综合孔径技术对于提高被动太赫(THz)成像系统的分辨率、减小系统体积有着重要的意义.研究了一种基于电光调制和空间光干涉成像的THz综合孔径成像技术.在该成像方法中,天线阵列接收目标辐射的THz信号,通过混频和电光调制将信号振幅和相位信息加栽到激光载波上,由光纤传输该激光信号并在光纤末端形成天线缩比阵列结构,最终利用光纤阵列输出光束的空间互相干在透镜焦平面上获得目标成像.分析了该成像方法的原理,以及成像中的信号变换与光学干涉处理的关键技术,并利用0.5 THz超导体一绝缘体一超导体(SIS)接收机进行了电光调制和干涉实验.结果表明:该方法能够应用于被动THz综合孔径成像.     

分布式阵列雷达基线位置和相位误差的卫星标校方法

在采用相位干涉测角的分布式阵列雷达系统中,系统阵面相位中心位置误差和相位误差对测角精度影响很大,且阵面相位中心位置与物理中心位置通常不一致,因此需要对其进行精细标准补偿。传统的雷达系统误差校正方法通常采用远场辐射源来对雷达进行校正,但是对于单元间距很大的分布式阵列空间目标监视雷达而言,要实现远场辐射校准往往很难。该文提出一种利用多弧段的精轨卫星精密星历对阵面相位中心位置误差引起的相位误差进行白化,然后搜索相位中心坐标和相位差使匹配方差最小的校正方法,无需使用特定仪器测量,且能很好地标定误差;计算机仿真以及实测数据验证了使用该文校正方法后,测角精度得到了显著提升。     

光学合成孔径一维旋转阵列多帧成像优化方法

为提高一维合成孔径阵列的成像分辨率,研究 利用旋转基 线的方式实现含相位误差情况下的一维阵列多帧成像与复原。首先比较不同子孔径数及排列 方式的优劣,确定合适的阵列结 构;然后通过旋转基线进行多帧成像,实现频谱在各方向上的覆盖;利用多帧维纳滤波进行 复原,以相关系数为评价准则, 并结合成像性能与效率在3种备选方案中确定理想的旋转方式;最后通过增加旋转次数,实 现频谱的重复覆盖,以消除考虑相 位误差对成像质量的影响。实验表明,以60°旋转5次成像时,一维三孔径阵列的活塞误差 容限为0.07,倾斜误差容限为 40μrad。本文提出的一维旋转阵列多帧成像方法可以在消除一 定相位误差影响的同时实现高清晰复原,具有较强的实用价值。     

二维干涉式被动毫米波近场目标成像分析

近场成像是干涉式被动毫米波成像技术的重要应用领域,阵列构型是影响近场相位误差的重要因素。搭建二维合成孔径近场成像仿真系统,实现目标场景生成、近/远场前向仿真、图像重构和近场相位误差等功能。利用该系统对空间分辨力相同条件下的常用二维天线阵型的近场误差进行定量评估和分析,针对二单元的近场扫描成像试验系统,提出一种将接收机通道误差、近场相位误差分步校正的自定标方法。比较基于参考点源的近场成像方法,该方法仅需先验距离信息,无需再对参考点源进行成像,具有操作简单、成像速度快的优势。     

稀疏阵时分多相位中心孔径综合及其应用

为了降低机载三维成像雷达系统的复杂度,该文研究了基于稀疏阵三维成像雷达系统中的重要问题。提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,通过运动补偿,该方法使综合后的相位中心数量和分布情况和满阵天线的相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;由于交轨阵列尺寸远小于场景宽度,系统采用了子孔径三维成像算法。实例分析和仿真结果表明了该方法的有效性。     

存在站址误差下的无源雷达稀疏成像

无源雷达稀疏成像要求精确已知系统观测矩阵,然而在实际应用中通常存在发射机和接收机站址误差,会使得雷达回波模型中的观测矩阵部分未知,导致回波测量值与观测矩阵失配,将大大减弱传统稀疏成像算法的性能。首先对存在收发阵元位置误差下的无源成像进行了建模分析,接着提出一种基于优化迭代技术的自适应相位误差校正成像方法,可以在重构目标图像的同时消除相位误差对无源成像的影响。仿真结果验证了所提成像方法的有效性。     

阵列幅度/相位误差的有源校正新方法

实际应用中的阵列存在幅度/相位响应误差,往往导致阵列高分辨算法性能的下降。对此本文给出一种阵列幅度/相位响应误差的有源校正新方法,它基于子空间正交理论,通过对误差建模,将阵列校正问题转换成误差参数估计问题,并利用经典的Lagrange乘子法方便地得到最优解。另外,此方法只需要一个已知方位的校正源,计算简便,无需迭代,可用于阵元位置已知的任意形状的阵列,因此更适用于实际阵列安装应用前的校正。通过半消声室实验对16-元圆环形声阵列进行了测试和校正,数据处理结果表明,本文所提的校正方法能够准确地估计出各阵元幅度/相位误差,且校正前后MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) 波束形成的性能得到明显提高。      

基于光强传输方程的双相机动态相位成像的视场校正

在显微成像中,基于光强传输方程的双相机动态相位成像是定量观测活细胞运动的一种有效方法。但是相机安装带来的误差使得两个相机的视场之间存在一定差异,导致利用光强传输方程求解获取的相位不准确。为此,提出了一种基于棋盘格标定的双相机图像校正方法,以消除相机间视场的不匹配问题,校正后的匹配精度可达到亚像素级,大大提高了相位成像的正确率。首先对标准微透镜阵列进行定量成像测量,验证所提方法的准确性和可行性,再对游动的雨生红球藻细胞进行动态相位成像,成像结果表明该方法在动态生物成像领域具有一定的应用前景。     

低信噪比的接收通道阵列幅相误差校正方法

针对低信噪比情况,建立了新的接收阵列误差模型,提出了一种改进单辅助源通道阵列幅相误差校正算法.该算法利用自相关矩阵对角线部分求解通道幅度误差,用最小二乘法对上三角部分求解通道相位误差.仿真结果表明:在低信噪比时,改进校正算法性能明显优于传统校正算法,在高信噪比时,2种算法残差均非常小.实验结果表明:利用改进的校正算法对综合孔径辐射计进行校正后所得的图像边界清晰、干扰较少,与实际亮温对应较好,明显优于采用传统校正算法进行校正后所得的图像.