哈特曼-夏克波前传感器的最优模式复原

为了减少波前探测斜率噪声对于基于哈特曼-夏克波前传感器的Zernike复原模式的影响,采用对波前复原矩阵斜率噪声影响的相关分析和线性解耦变换的方法,得到一组基于哈特曼-夏克传感器斜率探测噪声的Zernike最优复原模式,通过合理剔除波前模式复原中易受噪声影响的模式组合,减少了波前测量噪声引起的波前模式复原误差;采用蒙特卡罗随机试验法,验证了——子孔径成方形排布的波前传感器对于波前斜率噪声的受影响程度,仿真结果显示,复原模式系数误差由0.0212λ下降为0.0048λ.结果表明,在剔除部分模式项后,最优复原模式统计优化对于滤除波前斜率探测噪声有一定的作用,提高了波前探测器的探测精度和复原能力.     

基于线性双向脉动阵列的自适应光学波前复原

针对自适应光学系统,提出了一种基于线性双向流水脉动阵列的快速波前复原方法。该方法结合直接斜率波前复原算法和线性双向脉动阵列工作特点,通过对复原矩阵进行PCT数据变换和引入资源共享,提高了阵列的单元利用率,减少了资源占用且保证了计算的实时性,同时具有阵列结构简单规整、模块性强、可扩展性好等优点。最后在FPGA上实现了61单元48子孔径自适应光学系统的波前复原,验证了方法的可行性。     

基于子孔径波前振幅调制的斜率和曲率信号提取算法

斜率和曲率混合型波前传感技术将子孔径内波前的一阶和二阶导数信息全部利用起来,能够实现高阶像差的精密测量,是区域型波前传感技术的一个重要发展方向。在利用子孔径波前振幅调制的斜率和曲率混合型波前传感器的基础上,提出了一种基于质心探测的斜率和曲率信号提取算法,实现各个子孔径内待测波前斜率、拉普拉斯曲率以及扭转曲率的直接测量。仿真结果表明,在理想条件下,单一子孔径内斜率和曲率信号的检测精度均在0.02（=632.8 nm）以内;噪声水平小于10%时,斜率和曲率信号的检测精度均在0.08以内。该算法具有较高的检测精度及良好的抗噪性。     

光束质量对哈特曼波前探测精度影响的仿真分析

哈特曼波前探测器通过探测子孔径光斑质心误差来复原重构被测光束的波前,所以它的测量误差不仅受其自身的结构参数影响,也受被测量光束的光学特征影响.仿真分析表明:当被测光束的波前具有比较多的高阶成分或者哈特曼的微透镜阵列装调不精确时,被测光束强度分布不均匀将会严重影响哈特曼的波前探测误差.     

远场光斑反演波前相位的深度学习方法

自适应光学系统中,波前传感器的准确性和鲁棒性极大地影响像差探测能力和闭环校正效果。在波前振幅分布不均匀或信标光能量不足的情况下,哈特曼波前传感器由于存在子孔径缺光现象会导致传感精度下降,而基于远场光斑反演波前相位的无波前传感自适应系统实时性难以满足实用需求。基于深度学习复原波前的方法是通过输入远场光强图像直接求取像差,可以作为自适应光学系统的有效补充。文中通过数值模拟,证明了深度残差神经网络能够通过远场光斑直接预测波前相位的Zernike系数。实验验证了输入与重构波前相位之间校正后残差RMS为0.08λ,GPU加速后的平均计算耗时小于2 ms。该方法能较准确地预测入射波前畸变的Zernike系数,具有一定像差校正能力,适合在传统自适应光学技术中,用于测量并校正波前畸变的主要成分,或为优化式自适应光学提供良好的初始波前估计。     

多机并行波前信息处理系统

在自适应光学系统中,在采用动态哈特曼法进行波前误差的实时误量时,测量中需要从图象数据提取多个子孔径的斜率,并由此进行波前复原计算。若要提高系统带宽,就要采用较高的帧频。与此相适应,则要求波前信息处理系统具有高的数据吞吐率。     

基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

针对空间目标地基自适应光学望远镜成像过程中同时记录目标图像及波前传感器数据的情形,提出了一种利用波前测量数据的空间目标自适应光学图像复原方法。该方法将大气降质波前表示为望远镜孔径内的二元单纯形样条函数,而非传统的Zernike模式的线性组合,基于该区域表示,为哈特曼-夏克波前传感器建立了平均斜率测量模型,进而非适定的波前重构问题转化为良态等式约束最小二乘问题,最终的目标图像即可通过非盲解卷积方法获得。仿真实验验证了提出的方法在不同的湍流强度下均能表现出良好的复原效果,对测量噪声亦不敏感。     

干涉条纹带宽与波前斜率分布关系研究

干涉测量法是测量科学中有效的手段之一,但受到检测带宽的限制,难以增大其动态测量方位或者检测面形的高频误差。结合角谱理论对干涉条纹空间频率及其带宽与波前斜率的关系进行了理论分析和仿真实验,得到了干涉条纹带宽与波前斜率的数值对应关系。结果表明,干涉条纹最大频率对应波前的最大斜率,由波前最大斜率可确定干涉检测的动态范围,即由波前斜率可以估算出干涉条纹带宽;反之,根据电荷耦合器件(CCD)分辨率确定干涉图的总带宽,可以计算出能测的最大波前斜率,对后续研究各种干涉方法的频谱特性以及如何进行频谱带宽的优化分配提供了理论依据。     

基于重叠子孔径极坐标算法的波前弯曲效应的补偿

 聚束SAR模式是获得高分辨率雷达图像的一种有效的方法.用经典的极坐标算法重建聚束SAR图像时,波前弯曲效应会导致远离图像中心处的点散焦.本文通过对波前弯曲产生的机理以及经典极坐标算法下空变相位误差的分析,提出了一种可以在成像过程中补偿波前弯曲效应的重叠子孔径极坐标算法,该算法可以有效的增大极坐标算法的成像面积,可以应用于P波段成像和超高分辨率成像中.     

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...     

合成孔径雷达多孔径相位差分自聚焦算法

相位差分（PD）自聚焦算法是把处理孔径分为互不重叠的相等的子孔径,通过子孔径数据相位差函数的傅里叶变换来获得相位误差系数的估算,所能估计的相位误差的最高阶数由子孔径的数目决定,其一般做法是把处理孔径分成相等的两个子孔径,来获得二次相位误差系数的估值,并建立修正矢量补偿二次相位误差。通过将信号方位孔径分解到两上以上的子孔径,可以获得高阶（阶数大于二）相位误差系数的估值,故称之为多孔径相位差分聚焦算法。本文对多孔径相位差分自聚焦算法的原理进行了详细的阐述,最后用仿的相位误差验证了算法效果。     

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm 的碳化硅凸非球面反射镜进行了9 个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV 值和RMS 值的偏差分别为0.043和0.021（=632.8 nm）。     

基于低秩结构的宽角SAR稀疏成像

在合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像中,当方位向合成孔径较大时,观测区域内目标的电磁特征会表现为各向异性,导致基于各向同性假设的传统SAR成像方法不再适用。为此,宽角SAR成像方法通过将宽孔径划分为多个子孔径,利用每个子孔径对应的回波数据单独成像,实现对目标雷达图像的多角度重构。由于目标的散射特性在相邻子孔径中通常不会发生较大改变,每个子孔径的强散射中心分布高度相似,使得宽角SAR的成像结果具有低秩结构,即相邻子孔径对应的目标成像结果的支撑集相近。为了使用这种相关性,将Karhunen Loeve (KL)变换引入到宽角SAR成像过程中,再利用目标强散射中心分布的稀疏特性,建立基于低秩结构的宽角SAR稀疏成像模型。采用增广拉格朗日法（Augmented Lagrangian,AL）和交替方向乘子（Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM）对上述成像模型进行迭代求解,从而获得宽角SAR成像结果。相比于传统的宽角SAR成像方法,本文所述方法不仅能提高目标后向散射系数的重建精度,还能有效抑制旁瓣...     

超宽带SAR子孔径NCS实时成像算法

本文提出了一种适用于超宽带SAR实时成像的子孔径非线性CS(Nonlinear Chirp Scaling)算法,该算法利用方位向信号分量的时间和频率的锁定关系,在时域中互不重叠地划分子孔径,大大降低了系统存储量和运算量的需求,并采用时域加权方法将非重叠子孔径划分造成的假目标抑制到-31dB;此外,将MD自聚焦技术融入子孔径结构中,实现对大孔径复杂运动误差的有效补偿。仿真数据和实际数据验证了该算法的有效性。     

Subaperture stitching testing of an aspherical surface

For the purpose to test large and off-axis aspheric surfaces without the aid of other null optics, a novel method combined subaperture stitching and interferometry is introduced. The basic principle and theory of the technique are researched, the synthetical optimization stitching mode and effective stitching algorithm are established based on homogeneous coordinates transformation and simultaneous least-squares fitting. The software of SSI is devised, and the prototype for testing of large aspheres by SSI is designed and developed. The experiment is carried on with three subapertures for an off-axis sic aspheric mirror with a clear aperture of 230×141 (mm). For the compare and validation, the asphere is also tested by null compensation, the synthesized surface map is consistent to the entire surface map from the null test, the differences of PV and RMS error are 0.023λ and 0.014λ, respectively; and the relative errors of PV and RMS are 0.57% and 2.74%, respectively .The results conclude that this technique is feasible and accurate. It enables the non-null testing of parts with greater asphericity and larger aperture.     

一种去除拼接干涉图中累积误差的简单方法

用子孔径拼接干涉法来检测大口径光学元件和光学系统是一种成本较低的有效手段。但是随着子孔径数目的增加,拼接得到的面形图中存在着很大的累积误差严重影响了拼接的精度,因此如何简单快速地去除累积误差成为子孔径拼接干涉检测法研究的主要问题之一。文中介绍了一种简单且快速的方法去除拼接中的累积误差。并且对一个大小为180 mm80 mm 的平面镜进行了6 个子孔径拼接检测实验。在实验中,文中提出的方法很好的去除了拼接中的累积误差。     

一种基于子孔径的GMTI方法

该文研究了一种基于子孔径分割的GMTI(Ground Moving Target Indication)方法。在该方法中将天线孔径沿方位向对称分割为两个子孔径。当天线波束在空间扫描时,两个子孔径先后扫过目标所在区域。由于两个子孔径之间有二分之一合成孔径时间的时间差,动目标在前后两个孔径中运动状态发生改变,而静止目标的运动状态不变。因此,可以通过比较目标在两个子孔径中运动状态的差异发现动目标,并根据目标轨迹判断其运动参数。为了避免方位压缩造成的动目标模糊或动目标能量损失,同时为保留目标运动轨迹,这里不进行方位压缩处理。与多通道GMTI方法相比较,此方法具有只需一副单通道天线,处理方法简单,运算量小,可与合成孔径雷达工作模式兼容等诸多优势。     

On an algorithm for analysis of the radiation patterns of dual reflector and segmented reflector antennas

Large reflector antennas, from cost and weight considerations, appear to be the best configurations for achieving the very large apertures needed for antennas mounted on orbiting spacecraft. Radiation pattern calculations for such antennas are, in general, quite costly both in terms of computer time and the considerable memory required to perform the large surface integrations. The method presented here treats the large aperture as a set of small subapertures for which the radiation fields are computed separately, stored and then added with due regard to phase to yield the radiation pattern of the large reflector. Numerical methods developed to provide the illumination of each subaperture to avoid overlap of the aperture fields of adjacent subapertures and to simplify the surface integrations are discussed. The algorithm is straightforward and has considerable intuitive appeal. The methods of geometrical optics (GO) are used to calculate the aperture plane tangential field components; and electric vector potential is then used to compute the antenna radiation fields. The algorithm includes a set of options for different reflector surfaces. If high accuracy of the far sidelobe levels is required, a subroutine accounting for edge diffraction should be added to the algorithm given here. Calculations made with this algorithm are compared with calculations made by other methods and with measured patterns.     

复杂航迹和起伏地形条件下SAR极坐标格式算法波前弯曲误差补偿

极坐标格式算法(PFA)受波前弯曲误差影响,其有效成像场景范围受到一定限制.采用图像域的空变后滤波处理可以有效补偿波前弯曲误差,但该方法基于雷达平台线性运动假设,无法满足大机动条件下的波前弯曲误差补偿要求.本文提出了一种改进的空变后处理方法,该方法通过对相位历史域的波前弯曲误差函数做与PFA成像相同的极坐标格式转换处理,得到波前弯曲误差在两维空间频域的精确表示,因此再通过分块后滤波处理能够精确补偿雷达任意航迹和地形起伏条件下PFA波前弯曲误差,显著提高PFA有效成像场景范围.最后通过仿真数据处理验证了该算法的有效性.     

子孔径拼接干涉测量一大口径双曲面(英文)

为了无需辅助元件就能够实现对大口径非球面的检测,将子孔径拼接技术与干涉技术相结合,提出了一种利用子孔径拼接干涉检测非球面的新方法.分析了该技术的基本原理,并基于齐次坐标变换、最小二乘拟合建立了一种综合优化的拼接模型,在此基础上初步设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装备.利用该方法对一口径为350 mm的双曲面进行了5个子孔径的拼接检测,得到拼接后的全口径面形误差的PV值为0.319λ,RMS值为0.044λ(=632.8 nm).为了对比和验证,对该非球面进行了零位补偿检测,两种方法测量所得的全口径面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差分别为0.032λ和0.004λ.实验结果表明:该数学模型和拼接算法是准确可行的,从而提供了一种非零补偿测试大口径非球面的手段.