基于超宽带雷达传感器的穿透成像

超宽带技术自从被提出以后,就得到了极大地发展.超宽带雷达是一种基于UWB的技术的短距离目标探测雷达,能够实现对目标的高分辨率测量.但是超宽带雷达的回波色散严重,许多基于频域的成像方法不再适用,常用时域后向投影算法进行成像.本文首先分析了存在障碍物时电磁波传播模型,针对时域后向投影算法计算量大的缺点提出快速成像算法.最终,利用超宽带雷达传感器搭建的冲激雷达系统对目标进行了实测,通过实测结果检验了快速算法的可行性和有效性.     

太赫兹雷达宽带STAP算法研究

太赫兹雷达可以对地面进行高帧率高分辨力成像,是太赫兹技术领域研究热点。针对太赫兹雷达宽带高分辨成像与地面动目标检测一体化实现需求,提出了一种基于宽带空时自适应处理(STAP)的地面运动目标检测算法,首次在机载太赫兹雷达上实现了同时对地高分辨雷达成像监视和多通道地面动目标指示(GMTI)检测。机载太赫兹雷达实测数据验证了算法的有效性。     

基于NUFFT的机载探地雷达后向投影成像算法

由于后向投影算法可以精确补偿电磁波在介质表面发生的折射效应,因此它在机载探地雷达成像技术领域具有较强的工程实用价值。但传统后向投影成像算法存在计算量大难以实时实现的问题,针对上述问题,文中提出一种基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)技术的机载探地雷达快速后向投影成像算法。通过对基于时域有限差分法产生的仿真数据进行处理,验证了所提成像算法的有效性和快速运算能力。     

探地雷达对两层介质中目标的快速后向投影成像方法

运用探地雷达对分层介质中的目标进行探测时,时域后向投影算法是一种常用的成像方法。但大运算量和低成像分辨力一直是该算法难以实用化的瓶颈问题。该文提出一种实用的高分辨快速后向投影成像方法。首先提出了基于1维搜索或求解一元四次方程的传播时延快速计算方法。其次,设计了一种对时延曲线上散射回波进行处理的加权因子以提高成像质量。运用所提的成像算法对仿真数据进行了处理,获得了高分辨的成像结果,验证了该算法的有效性和快速运算能力。     

连续波THz-CT 的折射问题研究

设计了基于返波振荡器的连续波太赫兹CT 成像实验装置,实现了用连续太赫兹波对三维物体的CT 断层成像.虽然可以得到较好的重建图像,但由于折射率大于1.5 的材料对太赫兹射线折射较强而影响成像质量.首先通过对聚四氟乙烯模型进行扫描获得投影数据,并利用滤波反投影算法对投影数据进行重建得到断层图像,然后分析了高折射对投影探测及图像重建的影响.最后对人体牙齿样本进行投影扫描和断层重建,获得的断面图像可以反映牙齿内部结构,但由于牙齿高折射率的影响,成像精度和分辨率有待进一步提高.而且牙釉质的厚度会严重影响太赫兹波在牙齿中的透射深度.研究结果可以为提高连续波太赫兹CT 成像质量提供参考,促进其在医学成像特别是牙齿等骨骼成像中的应用.     

采用格林函数分解的太赫兹逆合成孔径雷达近场成像算法

针对太赫兹逆合成孔径雷达(ISAR)近场成像的问题,本文提出了采用格林函数分解的ISAR成像算法。文中结合太赫兹雷达超外差接收模式,构建和分析了近场条件下的目标回波模型。通过对回波模型中格林函数的分解,将表征球面波前的格林函数分解为二维平面波的叠加;并在频域完成对回波信号的滤波补偿和二维逆变换后,获得了太赫兹ISAR近场目标的图像。文中通过与二维FFT算法和本文算法进行的数值仿真结果对比,验证了该算法的可行性。最后利用太赫兹雷达转台实测数据对本文算法进行了验证和对比分析,结果表明该算法具有良好的成像性能。      

基于FDTD方法的雷达近场成像模拟

运用二维时域有限差分法(2D-FDTD)建立点目标雷达近场成像的全电磁场模拟模型.可以任意设定收发天线(阵)以及目标的位置,对2D点目标双/多站雷达成像进行了模拟.将在合成孔径雷达(SAR)成像算法中得到广泛应用的时域相干法(TDC)、后向投影法(BP)以及地震信号处理中的相移偏移法(PSM)应用于近场成像.对这几种成像算法进行了近场成像,对成像质量及计算量进行了比较和分析.成像结果表明,BP算法和PSM算法用于近场成像时效果是不同的,文中对效果不同的原因进行了分析.     

太赫兹雷达技术

太赫兹雷达具有带宽大、分辨率高、多普勒敏感、抗干扰等独特优势,是目标探测领域的重要发展方向。该文首先回顾和介绍了电子学和光学太赫兹雷达系统历史、现状和最新进展,其次对太赫兹雷达目标特性从机理、计算、测量3个方面进行了梳理和概要介绍,同时阐述了太赫兹ISAR、SAR、阵列和孔径编码成像研究状况,简要介绍了太赫兹雷达在预警探测、安检反恐等领域的应用,最后对太赫兹雷达技术的发展方向进行了展望。      

金属平板的太赫兹雷达散射截面测量

为了测量金属平板的雷达散射截面,分别采用了太赫兹时域光谱系统和0.1 THz连续波测量系统两种方法进行测量,并从理论上分析了雷达散射截面测量模型。结果表明,对于太赫兹时域光谱系统,随着测量频率和角度的增加,其误差在增大;对于0.1 THz连续波测量系统,随着角度的增加,误差增大,随着被测目标尺寸增大,误差先减小后增大,实验最小误差均可达到-0.244dB。利用太赫时域光谱系统及0.1 THz连续波测量系统测量雷达散射截面均是可行的。太赫兹时域光谱系统具有频率取值范围大、角分辨率高的特点;而0.1 THz连续系统系统结构简单、成像速度快、使用方便。     

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。     

高分辨星载SAR改进ChirpScaling成像算法

本文提出了一种用于星载合成孔径雷达(SAR)的改进Chirp Scaling成像处理算法.本文分析了三种星载SAR距离模型,根据误差最小的斜视等效距离模型,推导了改进Chirp Scaling算法,给出了实现步骤.该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR精确成像.并且基于改进的Chirp Scaling算法,分析了多普勒参数误差对成像质量的影响.最后通过计算机仿真,验证了算法的有效性.     

飞行器RCS近场三维成像的几何设计与性能分析

飞行器隐身设计是先进飞行器总体设计的关键环节，随着更为复杂的结构以及新兴复合材料应用于飞行器制造，基于缩比模型的电磁散射特征分析变得不再精确，在室内或者室外较小区域内开展对全尺寸飞行器电磁散射特征的近场成像与诊断已经成为高效率评估隐身特性的重要方式，受到国内外的广泛关注。本文介绍了两种典型的飞行器近场成像几何，基于球面波分解理论分别建立了信号模型，推导了频域成像处理算法，对比分析了两类不同成像几何对应的成像处理流程，提出子孔径成像处理是分析飞行器电磁散射特征的基本策略；归纳了平面阵列三维成像与柱面阵列三维成像在成像处理复杂度、点散布函数、应用特点等方面的区别与联系。文中通过仿真数据的三维成像验证了所提信号模型与处理算法的正确性。     

用于亚公里级三维成像的全光相机主物镜设计

The plenoptic camera can refocus after imaging, and obtain the position and direction information of the target at the same time with one exposure. Compared with the active distance measurement method and the traditional passive distance measurement method, the depth measurement method based on the plenoptic camera has the advantages of being difficult to detect and easy to calibrate. The plenoptic camera 3D imaging technology is a computational imaging technology that integrates the front-end optical system and the back-end information processing. The current research works mainly focus on the back-end information processing algorithm et al. There are few reports on the research of the front-end optical system. Therefore, the design of the front-end optical system was researched. Firstly, a calculation model was established for the depth resolution of a plenoptic camera based on multi-eye vision and the influence of optical system performance parameters was analyzed such as focal length and F-number on the object depth resolution. Secondly, the influence of factors was analyzed such as the blocking ratio of the two-mirror optical system and the magnification of the secondary mirror on the system parameters. Finally, a plenoptic camera main objective optical system for sub-kilometer-scale 3D imaging was designed comprehensively considering the design, processing, assembly, and ranging performance. The focal length of the system is 500 mm, the total length of the system is less than 163 mm, the telephoto ratio is less than 1/3, and the working temperature range is ?40 -70 ℃. The full field of view MTF in 80 lp/mm is better than 0.3 at different temperatures. If the plenoptic camera uses this objective and a sub-pixel recognition accuracy algorithm of 1/8 pixel, a depth resolution of less than 5 m can be obtained at 0.5 km.     

基于时频分析的合成孔径激光雷达成像算法

建立了SAL回波信号模型,推导计算了微振动对SAL回波相位的影响。分别采用RD算法和基于SPWVD分布的时频成像算法对工作于机载正侧视条带模式的SAL系统进行数值仿真分析。结果表明,在SAL平台作平稳飞行时,采用RD算法可以清晰地对点目标进行成像;根据实际情况引入振动频率不超过500 Hz、振幅不超过0.2 mm的微振动参数,采用RD算法所得到图像的方位分辨率严重下降,采用基于SPWVD分布的时频成像算法可以有效消除振动引起的多普勒频移及其对成像的影响。     

离轴抛物面镜像面扫描太赫兹光学设计

为了提高太赫兹成像速度,设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像,成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像;反射成像系统光学设计F数为2.93,通光孔径为100 mm,视场为1,焦距为293.45 mm,成像窗尺寸为64 mm64 mm,圆孔直径为2 mm,扫描采集1616像素图像时间为0.1 min,3232像素图像时间为0.42 min,6464像素图像时间为1.7 min,空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像,在系统焦平面位置加入旋转多孔盘,对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描,使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件（采样数目与图像像素数相等）进行像面图像采集,然后利用正则归一化方程重构像面图像,该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。     

3mm辐射成像研究

在研究毫米波无源成像原理的基础上,设计出了简洁的3mm超外差迪克式毫米波辐射计,并进行了成像实验.为了解决毫米波被动成像中由于天线孔径尺寸和衍射受限所带来的固有空间分辨率低的问题,采用了一种改进的最大似然超分辨算法进行频谱外推.实验结果表明该算法有很好的频谱外推能力,对图像分辨率的提高和超分辨性能的改善有明显效果.3mm迪克式辐射计的主要参数如下:中心频率为91.5 GHz,带宽为4GHz,温度灵敏度为0.55K,线性度为0.9999.     

部分相干成像系统分辨极限研究

部分相干理论的引入丰富了光学成像分辨领域的研究,相较于理想情况下的完全相干和完全非相干光照明两点成像系统,部分相干成像系统的分辨率显著提升。本文设计了部分相干光照明两点成像系统,建立像面光强分布的数学模型,利用MATLAB仿真模拟不同空间相干性光源产生的辐射特性和两点间距对成像分辨的影响;并给出部分相干成像系统分辨极限的判定方法:当且仅当像面光强分布的峰值和谷值相等时可判定两点光源恰可分辨;以及不同相干度的光源照明成像系统分辨率的计算方法和差异。同时设计并搭建实验平台,实验结果验证了相干度分别为0、0.9和1.0时,成像分辨极限分别为1.0 mm、1.4 mm和1.5 mm,误差范围小于5%,说明实验结果与理论结果吻合。     

0.14 THz imaging system for security and surveillance

Active terahertz-wave imaging systems play a significant role in security and surveillance applications. A 0.14 THz near-field imaging system is described, which consists of a signal generator and acquisition unit, a transceiver front end, a digital signal process unit and a motor control unit. Based on the two-dimensional synthetic aperture technique and the image reconstruction algorithm, this system is capable of producing three-dimensional images of 2 mm lateral resolution and 3 cm range resolution in concealed weapon detection experiments.     

MIMO雷达近场成像校准与互耦合补偿方法

毫米波频段的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）因拥有良好的方位向分辨率而受到广泛关注,同时在发射端和接收端采用多根天线多输入多输出（Multiple?Input Multiple?Output, MIMO）的方式可以极大提高信道容量。然而MIMO?SAR图像重建计算较为复杂,且多个通道间幅相不一致和相互耦合容易导致图像出现伪影,严重影响成图质量。基于此,本文对引入非均匀快速傅里叶变换（Nonuniform Fast Fourier Transform, NUFFT）简化的距离迁移算法（Range Migration Algorithm, RMA）成像算法进行了研究;在分析扫描架运动抖动对相位影响的基础上,探究了通过照射金属反射面的MIMO阵列校准方法,实现了192个通道的同时校准;并搭建了毫米波SAR系统实验平台,对伪影消除、成像分辨率等开展了验证实验。实验结果实现了图像重构,成像分辨率达到了2 mm,完成200 mm×200 mm孔径扫描时间缩短至120 s。     

Efficient electromagnetic source imaging with adaptive standardized LORETA/FOCUSS

Functional brain imaging and source localization based on the scalp's potential field require a solution to an ill-posed inverse problem with many solutions. This makes it necessary to incorporate a priori knowledge in order to select a particular solution. A computational challenge for some subject-specific head models is that many inverse algorithms require a comprehensive sampling of the candidate source space at the desired resolution. In this study, we present an algorithm that can accurately reconstruct details of localized source activity from a sparse sampling of the candidate source space. Forward computations are minimized through an adaptive procedure that increases source resolution as the spatial extent is reduced. With this algorithm, we were able to compute inverses using only 6% to 11% of the full resolution lead-field, with a localization accuracy that was not significantly different than an exhaustive search through a fully-sampled source space. The technique is, therefore, applicable for use with anatomically-realistic, subject-specific forward models for applications with spatially concentrated source activity.