相干光学成象和处理

本文简介了相干光学成象和图象处理的原理、技术和应用。基于傅立叶光学的相干成象,包括了二维傅立叶分解、空间滤波和频域选择综合,其技术和应用又包括特征提取和识别、物体或图形的结构参数的测量、图象的检测、记录、存贮、再现、增强、变换和显示.由相干光学和电子学组成的混合系统,对于图象的形成和处理是一种较实用的有效的手段。     

基于空间平滑算法的二维相干源DOA估计

基于均匀矩形阵列,利用2D Unitary ESPRIT算法二维参数自动配对的优点,运用二维空间平滑技术进行解相干,并结合虚拟阵列扩展的EVESPA算法,提出了相干源的2D-SS-EVESPA-DOA估计算法。该算法在多径环境下能精确估计出二维波达角,能实现多径波达方向的分组估计,而无需进行谱峰搜索;并实现二维角度的自动配对,二维参数自动配对,无需二维谱峰搜索。仿真实验证明了算法的有效性。     

掺杂LiNbO3光折变晶体的高阶衍射效应

观察到掺杂ＬｉＮｂＯ３光折变晶体中的高阶衍射效应，并基于衍射光干涉的理论分析了实验结果。     

Fabrication of inorganic film gratings and study on their diffraction properties

A novel process for fabricating high-density and high diffraction efficiency inorganic gratings has been proposed by combining laser interference and chemical etching. In the present work, UV photosensitive Zr-contained sol was synthesized, and photosensitive ZrO₂/BzAc gel films on (100) silicon were prepared using the sol-gel method. Subsequently, inorganic film gratings with a pitch of 1 μm were fabricated by laser interference in this photosensitive gel film combining with the process of heat treatment. In order to increase the depth-to-width ratio of the gratings, chemical etching was adopted by using iodine-saturated KOH as anisotropic etchant, which improved the diffraction efficiency of the gratings effectively. Furthermore, the diffraction efficiency was improved by gold coating to enhance the surface glossiness and reflection coefficient. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 90401009) and the Xi’an Applied Materials Innovation Fund (Grant No. XA-AM-200611)     

二维流场激光成像测量方法

介绍了利用激光、CCD图像传感器、计算机图像处理技术实现二维流场成像测量的方法与测量系统.运用相关估计和粒子运动轨迹跟踪的理论,提出对流场信号分析、处理和重建的方法.实验结果表明,激光CCD二维流场测量方法具有与流场无接触、无扰动、直观准确、方便快捷的优点,不失为一种十分有效的流场测量手段.     

基于蝶形搜索的二维自相关血流速度估计方法

应用血流速度估计的彩色血流成像技术在血管疾病诊断中发挥着重要作用.在血流速度估计中,传统的基于二维自相关模型的方法会产生混叠,而更准确的蝶形搜索方法则十分耗时.提出一种二维自相关模型和蝶形搜索结合的血流速度估计方法.首先采用二维自相关函数模型利用相位信息进行超声血流速度估计,得到一个存在混叠的速度估计值序列,再通过采用基于正交信号成分的蝶形搜索方法,由速度序列确定蝴蝶线,每条蝴蝶线通过计算选择出真实的速度估计值.该方法不但实现了对血流速度估计混叠的抑制,还显少了计算量,其有效性得到仿真结果的验证.     

扫描成像系统的回波信号检测方法

为实现对隐蔽性很强的、被动工作的红外系统的有效探测，讨论了光学系统的后向反射特性，提出应用单频调制的连续激光对扫描式红外热成像目标进行有效探测的新方法．针对目标回波信号特征，提出利用回波信号的相位信息，采用直接采样的数字正交检波技术实现对低信噪比回波信号的可靠检测．应用该方案对实际目标回波信号获得了满意的检测结果．     

基于修正ESPRIT算法的二维DOA估计

针对二维ESPRIT算法在求解相干信号的时候存在较大的阵列冗余度,为了降低计算量,提高算法的解相干能力,在双排平行均匀线阵的基础上,介绍了一种二维修正ESPRIT算法.通过对子阵的合并,摒弃了原协方差矩阵中的冗余数据,使得新构成的协方差矩阵的维数比原来下降了近33%,从而降低了特征值分解的维数,并且新构成的协方差矩阵可以对接收数据进行共轭重排再利用.理论分析和仿真实验表明,该算法降低了计算量,提高了对非相干信号的估计准确度,同时具有一定的解相干能力.     

二维全息光子晶体禁带展宽方法

讨论了二维复周期全息光子晶体禁带展宽的方法,二维复周期全息光子晶体可以使禁带成倍展宽.此外发现二维全息光子晶体中,除原来预期的禁带外,还出现了附加的禁带.当记录光波的入射角小于某个临界值,并且满足一定数值时,附加的禁带会使二维禁带进一步展宽;而当入射角超过临界值时,禁带会消失,这时禁带反而会变窄.这一现象对制作二维宽带隙光子晶体具有指导意义.     

Y形阵列宽带信号二维来波方向估计

利用Y形阵列结构的特点,提出一种宽带信号二维来波方向的估计方法.该方法在相干信号子空间法的基础上,通过采用流型矩阵展开的方式获得聚焦矩阵,并针对聚焦后的协方差矩阵,利用基于子阵的ESPRIT算法和二维MUSIC算法进行联合估计,从而提高了测向精度且减小了谱峰搜索的范围.理论分析和计算机仿真实验表明,该方法对于非相干信号源和相干信号源都具有较好的估计效果,并具有较低的计算量.     

3D打印AlSi10Mg合金组织性能研究

二维稀疏舰船目标的三维干涉ISAR成像

王勇^1,2,陈雪飞^1,2

(1.哈尔滨工业大学 电子工程技术研究所,哈尔滨 150001;

2. 对海监测与信息处理工业和信息化部重点实验室 哈尔滨 150001)

创新点说明：

提出一种当舰船目标回波处于两维稀疏情况时的三维InISAR成像算法,具体创新性可说明如下：

1） 首先将距离维稀疏回波进行稀疏重构;然后利用全局类补偿方法对重构后的信号进行包络对齐、相位校正和图像配准;接着考虑舰船目标在成像时间内近似为平稳运动,对接收的稀疏回波提取出有效数据,进行方位压缩得到目标的高分辨ISAR图像;最后通过干涉处理得到目标的三维几何重构图。

2） 本文所提方法解决了回波两维稀疏情况下舰船目标的三维InISAR成像问题,可有效适用于回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失的情况;相对于传统的三维成像算法,本文算法可得到更好的成像结果。

研究目的：

为解决回波处于两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像问题,提出一种针对回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失时的舰船目标三维InISAR成像算法。该算法具有一定的有效性和实用性,可实现在方位维回波随机缺失75%时的成像,块缺失中有效回波仅占接收回波1/8时的舰船目标三维InISAR成像。

研究方法：

1）对回波距离维随机缺失数据采用梯度自适应算法进行稀疏重构,得到重构的回波;

2） 利用全局平均一维距离像熵最小算法估计出中心雷达回波中目标的运动参数,利用该参数对各雷达回波进行距离对准;

3） 利用联合相位校正算法对包络对齐后的三雷达回波进行处理,在实现回波相位校正的同时消除回波间的波程差,实现各图像间的配准;

4） 将成像时间内舰船目标的运动近似为平稳运动,提取出接收回波中的有用数据进行方位向压缩后得到三幅ISAR图像;

5） 分别沿两基线进行干涉处理,并结合测距信息即可得到目标的三维几何重构,从而实现回波两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像。

研究结果：

1） 由不同稀疏重构算法对距离维信号的重构误差对比图可看出,本文中的梯度自适应算法能获得更好的结果;

2） 由回波两维随机缺失时舰船目标的三维InISAR成像结果可看出,回波在不同的缺失情况时均能得到目标很好的三维图像,即使回波中有效数据仅占25%时。

3）由距离维随机缺失、方位维块缺失时舰船目标的成像结果可发现,本文算法对处于不同缺失情况下的回波均能实现目标的三维几何重构,表明了该算法的有效性。

4） 通过对采用不同图像配准算法的舰船目标三维几何重构图分析可以发现,本文算法更适用于稀疏孔径下目标的三维InISAR成像。

结论：

当雷达接收回波处于两维稀疏时,传统的运动补偿和图像配准算法将无法获得目标运动的精确补偿和图像间的精确配准,使得稀疏孔径下舰船目标的二维成像质量下降,三维几何重构精度偏低。本文提出一种针对回波处于两维稀疏时舰船目标的三维InISAR成像算法,仿真实验结果可看出,该算法适用于回波处于距离维随机缺失、方位维随机缺失或块缺失的舰船目标三维成像,验证了所提算法的有效性。

关键词：3-D InISAR, 两维稀疏,梯度自适应算法,平均一维距离像,联合相位校正

     

New method for estimating 2-D DOA in the coherent source environment based on data matrix reconstruction

The performance of classical two dimensional (2-D) Direction-Of-Arrival (DOA) estimation algorithms degrade substantially in the presence of coherent environment. A new DOA matrix method——DOA matrix method based on data matrix reconstruction (DMR-DOAM) is proposed for 2-D DOA estimation in the coherent source environment. The proposed algorithm reconstructs two Toeplitz equivalent covariance matrices by using cross-correlation information among receiving data from arrays. Decorrelation and 2-D DOA estimation can be realized via the eigen-decomposition of the new DOA matrix. The algorithm can retain the advantages of the traditional DOA matrix method, such as automatical parameter alignment and no need of 2-D search spectrum peak. The equivalent covariance matrices only use the middle column of classical covariance matrices, so the calculation amount is reduced, and the algorithm can be realized easily. Furthermore, the paper analyzes the estimation performance and influencing factors of the proposed algorithm. Theoretical analyses and simulation results both show that the proposed algorithm is effective.     

基于激光线扫描的双目立体视觉测量方法研究

为实现工业中汽车、飞机、骨骼和模具外形等物体的三维重建,介绍了基于激光线扫描的双目立体视觉三维测量系统.2个摄像机同时摄取一个扫描激光光条图像,经过图像预处理、光条特征点提取、图像匹配,利用视差计算出光条上所有点的坐标值,即光条处物体的三维信息.通过坐标系之间的转换把各光条统一到同一世界坐标系下,得到整个物体的三维重建.利用该系统对一标定块进行测量,空间距离误差小于0.1 mm,并对鼠标进行扫描测量,得到其表面的三维数据,基本满足逆向工程的要求.     

2-D DOA estimation of coexisting uncorrelated and coherent signals

The common two dimensional (2-D) direction of arrival (DOA) estimation algorithms for coexisting uncorrelated and coherent signals are based on the complex array structure, such as the uniform rectangular array, so the computational complexity is high and the array aperture is not utilized efficiently. By taking advantage of the L-shape array and adopting an efficient method to eliminate the Gaussian noise, a new 2-D DOA estimation method is proposed. Firstly, the DOAs of the uncorrelated signals are estimated and the influence of the coherent signals is eliminated by utilizing its characteristics. Then, the data covariance matrix containing the coherent information only is obtained by exploiting the Toeplitz property of the uncorrelated signals, and the DOAs of the coherent signals are estimated by the direction finding method based on the compressed sensing theory. Theoretical analysis and simulation results show that the proposed method has a small computational load, high array aperture as well as excellent estimation performance.     

基于均匀圆阵的相干信号波束形成方法

提出一种新的相干波束形成方法,利用内插变换对相干背景下的真实阵列进行虚拟平移,得到多个虚拟平移后的信号协方差矩阵;对其进行平均后,所得到的相干信号协方差矩阵具有满秩性。利用一般的波束形成法求出最优权向量。该方法解决了五阵元均匀圆阵下二维相干信号的波束形成问题。计算机仿真表明该方法在小快怕数及低信噪比时能很好地抑制相干干扰,对期望信号和相干信号方向估计误差具有较强的稳健性。     

一维光栅结构中电场分布的计算分析

光栅中的电场分布对光栅的激光损伤阈值具有重要影响,为此提出了一种计算一维光栅结构中电场分布的方法,该方法对于任意深度和占空比的光栅,均能计算得到光栅内外的电场分布.采用解析方法推导得到了计算公式,由于矩阵中元素值太小而无法求逆矩阵,应用基于增强透射矩阵的耦合波理论, 并对其计算过程进行了改进,改进方法能够直接计算得到单层光栅的电场分布.进一步将该方法运用到多层光栅结构中,能够计算光栅和介质多层薄膜混合结构的电场分布.计算结果表明,采用该方法能够直接分析计算介质反射光栅内的电场分布,不仅可以获得精确解,而且可以大大降低计算量.     

亚微米光栅微结构光学特性研究

提出了一种新型的亚微米光栅微结构,研究了其光谱共振特性．给出了该结构的反射光谱及光谱带宽表达式,用矢量衍射的方法对比分析了该结构与亚波长光栅的共振、光谱带宽及线形改良的规律．研究表明：微结构的共振及光谱带宽由等效光栅强度和导波的位相光谱移相速率决定,前者的物理意义为耦合到微结构内一级衍射光的能量;提出的微结构与亚波长光栅有相似的共振特性,但带宽明显增大;微结构的光栅调制度并不影响其有无共振特性,但光谱带宽及共振面积却随着调制度的增加而增大;经设计微结构将有优良的窄带及宽带滤波功能,而后者可使之呈现肉眼可见的新型彩色光变效果,可以应用于防伪领域．     

基于正交直线阵列的二维相干源测向方法

针对特殊阵列,提出了一种二维相干信号波达方向估计新方法,此方法只需2个正交直线阵就可估计不同用户的二维DOA。而且利用其中的一个直线阵来组合两个线阵分别估计的一维DOA,在空间平滑法基础上通过构造新的协方差矩阵,进一步去除了信源间的相干性。并分析了相乘系数对DOA的估计性能的影响,最后通过仿真结果分析了该方法的性能。     

负透镜在激光衍射测量中的应用

论述了在激光测量仪（或测量装置）上装负透镜,可减小仪器的长度尺寸、扩大仪器的测量范围、提高测量精度等问题,所研究的问题对激光衍射测量仪的研制具有实际指导意义。     

自发辐射耗散系统中相干控制的纠缠动力学特性

研究了自发辐射耗散过程中两个初始处于相干态的二能级原子的纠缠动力学性质,分别考虑了有激光场驱动和没有激光场驱动的两种情况。结果显示,两原子的纠缠度依赖于原子的初始态,可通过改变相对相位和极化振幅来操纵和控制自发辐射耗散过程中两原子之间的纠缠度。同时还得到,有激光场驱动时两原子的纠缠度远大于没有激光场驱动时两原子的纠缠度。