复合高斯杂波下距离扩展目标的自适应检测

 研究了复合高斯杂波下的距离扩展目标自适应检测问题.基于辅助数据,利用采样协方差矩阵(SCM)和迭代(RE)估计矩阵,建立了自适应检测器AMSDD和基于动态阈值的ADT检测器,并分析了检测器的恒虚警率(CFAR)特性.理论分析表明,基于SCM的检测器只能保持对杂波协方差矩阵结构的自适应特性;而基于RE的检测器能同时获得对杂波协方差矩阵结构和纹理分量的CFAR特性.性能分析表明,对于AMSDD和ADT来说,与采用SCM估计器相比,采用RE估计器能使检测器获得更好的CFAR特性和检测性能.另外,基于RE的ADT检测器在目标散射点个数失配时具有很好的鲁棒性.     

自适应光学波前处理器的故障诊断系统设计

为了及时发现及定位基于FPGA(Field Programmable Gate Arrays)的自适应波前处理器执行过程中发生的问题, 提出一种针对该波前处理器的故障诊断系统以解决这一问题。根据调试及操作的需求, 该系统能够向上位机实时反馈当前波前处理各部分的执行结果及运行状态, 定位故障并分析数据误差。该系统在137单元波前处理器实验平台上进行了实验, 实验结果表明: 在处理器实时校正过程中, 监控系统反馈的数据及相关信息与相应理论值能够很好地匹配, 能及时发现故障并定位。该系统应用于大型地基高分辨率成像望远镜的自适应光学系统, 直观反映自适应光学波前处理器的运行过程及相应结果, 如发生故障, 可以及时发现并定位故障来源, 较大地提高了硬件及软件的调试效率。同时, 通过各阶段运行结果的分析, 有利于进一步提高各部分运算速度及精度。     

基于自适应光学系统的波前处理算法研究

波前处理算法对自适应光学系统的工作效率有着重要的影响,是对波前像差进行复原和校正的前提,其中,区域法、模式法、直接斜率法作为自适应光学系统经典算法是当前国内外应用最为广泛的。本文在总结了以上三种算法的基础上,又介绍了两种改进式算法,快速迭代算法和Zernike模式快速算法,并对比分析了各种算法的优点和不足,对未来算法的改进方向做出展望。     

扩展目标低阶校正自适应光学系统的补偿效果

当自适应光学系统对扩展目标进行低阶模式校正时,系统存在非等晕误差.本文应用大气湍流波前扰动的Zemike多项式分解,推导了扩展目标情况下低阶校正自适应光学系统的模式非等晕误差和波前校正残余误差的关系表达式.在此基础上给出了光波水平大气传输时倾斜校正自适应光学系统波前残余误差的数值计算结果.此外还给出了太阳表面米粒结构低对比度扩展目标倾斜校正后的补偿成像实验结果.     

涡旋光束的自适应光学波前校正技术

涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束,其特点是其光强分布为环形,携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数,同时不同角量子数的光束之间相互正交,因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响,进而产生波前畸变,因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述,重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。     

光电跟踪系统中扩展目标的成像对比度分析

分析了影响大气层内扩展目标成像对比度的主要因素,研究了整体倾斜校正对扩展目标对比度影响的数学关系,并分析了采用绝对差分算法提取整体相位倾斜的复杂度优化问题。采用快速倾斜镜对成像光束整体倾斜进行校正能够提高扩展目标的成像对比度,降低后端数字图像处理的难度,进一步减少目标识别和跟踪所需要的时间,对提高低对比度目标的光电跟踪效率具有参考意义。     

编队目标跟踪的自适应相关波门算法

为解决空中编队目标跟踪过程中航迹关联的难题,提出一种基于目标运动状态的自适应相关波门算法。首先通过分析编队目标的运动特征,完成编队分割和编队速度的估计;然后将编队目标的速度方向作为约束自适应波门的条件,在跟踪过程中根据目标运动方向确定波门方向,并基于前一时刻编队中各目标的距离来选择波门尺寸,同时考虑测量误差和预测误差的影响。仿真结果表明：相对于传统的固定波门算法,在编队目标跟踪过程中,自适应波门算法在避免编队内目标航迹相互交错和保证跟踪稳定性方面可以达到较好的跟踪效果。     

基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真

为克服当前波前探测技术存在的固有问题,提出了一种基于阵列激光导星（Laser Guide Star,LGS）的自适应光学系统。该系统可以有效消除聚焦非等晕效应的影响从而提高系统的波前探测精度,由此大幅度增大激光导星自适应光学系统的大气湍流探测范围,从而降低自适应光学系统对导星亮度的要求。阐释了该系统的闭环工作过程,并依据其工作过程建立仿真模型,数值仿真了该系统基于阵列激光导星的波前探测过程。最后对重构波前精度进行评估,分析了仿真存在的误差。数值仿真结果显示:该系统的波前重构精度较好,校正残差为11%,初步验证了利用阵列激光导星进行波前探测的可行性。     

基于自适应光学的大气光通信波前校正实验

为了缓解大气光通信中由于大气湍流的影响而产生的波前畸变、反射等严重影响通信质量的现象,文章采用了自适应光学技术,即对畸变波前进行重构后再利用反射变形镜进行修正的方法,从理论分析、实验研究方面开展了自适应光学修正传输波前的研究工作。研究结果表明：在相同实验条件下,在保持链路误码率定量为（1×10-6）时,使用自适应光学技术比不使用时系统发射功率减小了50%。在近地大气激光通信中,自适应光学技术在增加系统增益,减小系统误码率方面效果显著。     

采用扩展MRF的红外目标自适应检测方法

针对天基红外监视系统中不同形状目标的联合检测问题,提出基于扩展马尔可夫随机场的自适应目标检测算法。首先分析了天基红外监视系统中的目标特性,在此基础上以典型目标形状为模板,构建了扩展的马尔可夫随机场邻域系统;其次构建了新的马尔可夫势函数,并利用红外图像中背景与目标之间的马尔可夫势差异,将复杂背景中不同形状目标联合检测问题转换为马尔可夫势差异的判别问题,有效解决了马尔可夫随机场理论框架下混合形状目标检测问题。仿真试验结果表明,所提出的算法能够根据目标形状的变化自适应地检测各类目标,并可在不同图像信杂比条件下进行目标检测处理,具有较强的鲁棒性。     

可扩展式自适应光学系统波前处理器的硬件设计

为满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理的需求,需设计千单元的自适应波前处理系统.为此提出了一种可扩展式的自适应光学系统波前处理器.系统由波前处理主板和波前处理子板组成,每块波前处理主板可扩展10块波前处理子板.整个系统可以完成2 000帧/s的实时波前图像的采集、子孔径斜率的计算、波前拟合和1 200...     

自适应光学系统中人造信标的参数设计

信标的亮度和尺寸直接影响波前传感器的最终精度, 因此也影响了自适应光学系统对大气的矫正效果。给出了信标参数与自适应光学系统校正效果（斯特列尔比）之间的关系, 考虑信标在运动目标中的应用, 还给出了在自适应光学校正效果相同的情况下, 人造信标与合作信标之间的等效性关系。     

Performance of an Adaptive Optics System with Dual Deformable Mirrors

One deformable mirror (DM) in conventional adaptive optics system can not meet the needs of large scale and high order aberration compensation. In this paper, a dual DMs way is presented, which needs the decoupling of dual DMs. In dual DMs adaptive optics (AO) system, the decoupling algorithm of dual DMs is deduced. Stroke of one of DMs is large, spatial frequency of the other is high. According to the algorithm, the large stroke DM (LSDM) corrects low order aberration only, and the high spatial frequency DM (HSFDM) corrects other aberration. The experimental result for two 61-DM AO system is presented. The result indicates that the experimental performance of dual DMs AO system is almost the same with that of the conventional AO system using single DM with ideal stroke and equivalent spatial frequency.     

Performance of an Adaptive Optics System with Dual Deformable Mirrors

One deformable mirror （DM） in conventional adaptive optics system can not meet the needs of large scale and high order aberration compensation. In this paper, a dual DMs way is presented, which needs the decoupling of dual DMs. In dual DMs adaptive optics （AO） system, the decoupling algorithm of dual DMs is deduced. Stroke of one of DMs is large, spatial frequency of the other is high. According to the algorithm, the large stroke DM （LSDM） corrects low order aberration only, and the high spatial frequency DM （HSFDM） corrects other aberration. The experimental result for two 61-DM AO system is presented. The result indicates that the experimental performance of dual DMs AO system is almost the same with that of the conventional AO system using single DM with ideal stroke and equivalent spatial frequency.     

自适应光学技术在大气光通信系统中的应用进展

大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题.常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证.强闪烁现象的存在使得常规自适应光学技术在水平链路中的应用受限,不使用波前传感器的自适应光学技术则为这一问题的解决提供了可能方案.随机并行梯度下降算法是该类自适应光学技术中一种较有应用前途的控制算法.     

开环双波段人眼视网膜成像液晶自适应光学系统设计

设计了一套基于开环双波段模式的人眼视网膜成像液晶自适应光学系统。该光学系统分别采用夏克-哈特曼波前传感器和液晶空间光调制器来探测和校正波前畸变。探测波段采用830nm近红外光,成像波段采用790nm近红外光。采用开环模式以提高光能利用率和系统的稳定性,采用双波段模式以增大视场。新加入了瞳孔监控子系统和响应矩阵测量子系统,使系统更加灵活方便。介绍了系统的关键参数,并通过ZEMAX软件对光学系统进行模拟分析,认为系统可以达到接近衍射极限的效果。传递函数MTF@50lp/mm达到0.25(对应视网膜上3μm),满足设计要求。     

基于高速视觉目标跟踪系统的自动调焦算法的设计

为了解决高速视觉目标跟踪系统在进行目标跟踪过程中目标的尺度与清晰度的变化,提出一种基于尺度不变性的自动调焦算法。该算法包括基于改进型二维OTSU分割的自动变焦算法和基于二维图像信息熵的对焦算法,通过高速视觉目标跟踪系统获得目标区域,计算目标像素面积和清晰度评价值,转化为可调焦镜头变焦步数和对焦步数后通过FPGA发送调焦指令,最终完成自动调焦动作。设计了自动调焦验证系统以验证算法的性能并得出满足追踪要求的最佳调焦参数。实验证明,该算法在高速目标跟踪系统的跟踪过程中可以较好地完成自动调焦任务。     

大型相控阵雷达天线系统“三心合一”设计的研究

天线系统的最佳风力矩中心、重心、旋转中心合而为一通常称“三心合一”。“三心合一”设计能有效降低传动系统的驱动功率,使天线运转平稳可靠。本文通过剖析具有代表性的某大型相控阵雷达天线统计设计,探讨实现“三心合一”的设计方法。