非对称光斑照明合成孔径激光雷达宽测绘带成像研究EI北大核心CSCD

合成孔径激光雷达(SAL)能实现远距离目标的高分辨成像,但是,其测绘带宽一般很小,不利于其在对地观测中的应用。针对这一问题,给出了宽测绘带SAL实际成像范围的建议,具体研究了采用方位向短、距离向长的非对称光斑照明实现宽测绘带SAL的成像处理问题。采用波动光学衍射理论,给出了这种宽测绘带SAL的详细成像理论描述和数学仿真成像演示。结果表明,由于光学的短波长特性,非对称光斑照明的宽测绘带SAL也近似遵循基本SAL图像形成方法:傅里叶变换实现距离压缩,匹配滤波实现方位图像聚焦。     

非对称光斑照明合成孔径激光雷达宽测绘带成像研究

合成孔径激光雷达(SAL)能实现远距离目标的高分辨成像,但是,其测绘带宽一般很小,不利于其在对地观测中的应用。针对这一问题,给出了宽测绘带SAL实际成像范围的建议,具体研究了采用方位向短、距离向长的非对称光斑照明实现宽测绘带SAL的成像处理问题。采用波动光学衍射理论,给出了这种宽测绘带SAL的详细成像理论描述和数学仿真成像演示。结果表明,由于光学的短波长特性,非对称光斑照明的宽测绘带SAL也近似遵循基本SAL图像形成方法:傅里叶变换实现距离压缩,匹配滤波实现方位图像聚焦。     

天基合成孔径激光雷达成像理论初步

合成孔径激光雷达(SAL)具有成像距离远、分辨率高、速度快等特点,在天基空间目标成像领域有重要的应用前景。针对天基SAL成像中回波信号弱、噪声大、成像质量差等问题,提出在交会点附近连续长时间观测的思路。基于简单假设,建立采用光学外差探测的天基SAL成像理论数学模型,获得回波数据方程,给出成像处理流程、成像分辨率和图像信噪比,数学仿真了不同信噪比下的天基SAL空间目标成像。理论分析和仿真成像结果表明:当回波数据信噪比高时,任何子段数据均可形成空间目标的高分辨率图像;当回波信号微弱、数据信噪比低时,采用连续长时间观测数据形成目标子图像,将所有子图像进行叠加,提升了目标图像信噪比,改善了成像质量。     

振动影响机载合成孔径激光雷达成像初步研究

在Park模型基础上,建立了二维机载正侧视条带模式合成孔径激光雷达(SAL)平台振动对成像的影响简化数学模型;在振动频率不超过500Hz的情况下,仿真计算了振幅、频率、初相位和峰值加速度等振动参数对SAL图像分辨率的影响,给出了振动影响下理想点目标和扩展面目标的SAL图像。仿真结果表明,振动的峰值加速度是直接和图像模糊程度最相关的量,峰值加速度越大,图像模糊程度越高,存在峰值加速度阈值,小于这个阈值时,图像基本不受影响,而大于另一个阈值时,图像开始出现重影;另外,仿真计算结果也表明,振动初相位对图像质量恶化也有重要影响。     

基于共形衍射光学系统的合成孔径激光雷达成像探测

合成孔径激光雷达(SAL)可在大前斜视角条件下以较小的光学孔径,对远距离目标进行高分辨率、高数据率成像,是光学成像探测的一种重要形式。对口径为100mm、作用距离为20km、分辨率为0.05m的SAL的工作模式、系统方案、指标参数和关键技术进行分析,并提出与设备整流罩共形的衍射光学系统概念,有利于减少气动影响和设备的体积、质量。借助微波相控阵天线模型,研究基于频率扫描变化的激光波束展宽和一维波束扫描方法,给出相关波束方向图的仿真结果。结果表明,基于曲面共形衍射光学系统的SAL成像探测技术具有可行性。     

机载合成孔径激光雷达全孔径成像算法

合成孔径激光雷达(SAL)是合成孔径与激光雷达的结合体。由于SAL的工作波长较短,可以在短时间内实现高分辨率成像,近年来发展较快。但短波长也会带来其他问题,对于机载SAL,其波长比载机振动幅度小1～2个数量级,所以载机的振动会给回波带来较大的相位误差,传统的惯导系统很难达到激光波长级的定位精度,需要进行基于数据的自聚焦才能实现SAL成像。针对这一问题,提出一种利用最小熵自聚焦(MEA)和deramp结合的全孔径成像算法,并利用该算法对SAL实测数据进行了成像处理,成像结果证明了该算法的有效性。     

合成孔径激光雷达成像之匹配滤波器

基于光学衍射理论,探讨了采用准单色光照明的条带模式合成孔径激光雷达(SAL)的成像过程,给出了几种情况下,方位合成孔径成像匹配滤波器的解析表达形式及相应的成像分辨率。结果表明,条带模式SAL方位成像匹配滤波器的表达式除了与激光发射波长、成像距离和雷达坐标有关外,还与发射光束特性、接收光路结构参数等有关。因此,在实验室采用高斯光束作为探测光源进行SAL演示成像时,目标放在发射光束光腰处、瑞利范围之内、多倍瑞利范围之外等不同位置所需要的方位成像匹配滤波器有所不相同。为了获得高的合成孔径成像分辨率,目标应置于多倍瑞利范围之外。     

基于合成频率步进线性调频信号的合成孔径激光雷达成像

为解决合成孔径激光雷达(SAL)所需高重复频率大带宽相干光源问题,提出了合成频率步进线性调频信号(SFSCS)的方案,并进行了基于SFSCS信号SAL(SFSCS-SAL)的成像理论和实验演示研究。采用多台独立的窄带宽高重复频率线性调频激光器构成SFSCS信号,给出了SFSCS-SAL的成像数据方程和图像形成方法。理论分析表明:在一定条件下,SFSCS-SAL的成像处理与常规SAL相同;但是,与单个子脉冲激光器SAL相比,SFSCS-SAL的距离向成像分辨率提高至少N倍(N为构成SFSCS的独立激光器数目)。实验演示中,利用一台1550nm波段的线性调波长激光器,通过光学斩波的方法模拟生成了子脉冲数为3的SFSCS信号。以此SFSCS信号作为探测光源,建立了SFSCS-SAL实验装置,对强散射目标和弱散射扩展目标,均实现了高分辨率成像。实验结果与理论分析一致。     

大气湍流下合成孔径激光雷达成像数值模拟及PGA补偿

为研究大气湍流对合成孔径激光雷达(SAL)的成像影响,采用谱反演法对符合Kolmogorov谱的大气随机相位屏进行了数值模拟,给出了单层及多层叠加的随机相位屏图像;然后以多层随机相位屏叠加方式模拟实际大气湍流,计算了无湍流、弱湍流、中等湍流和强湍流等情况下理想机载单站聚束式SAL对点目标以及扩展目标的成像,模拟成像表明大气湍流对SAL成像的方位分辨率有严重影响,湍流越强,图像方位向分辨率越差;针对湍流造成的SAL图像方位向分辨率降低,采用相位梯度自聚焦(PGA)算法对SAL图像进行了方位向补偿,结果有效地改善了图像的聚焦效果,提高了成像质量。     

机载合成孔径激光雷达相位误差补偿研究

为了研究大气湍流对合成孔径激光雷达(SAL)成像的影响,基于Monte-Carlo随机因子,对满足Kolmogorov统计规律的大气湍流相位屏进行数值模拟,计算了不同湍流、不同波长情况下的机载SAL成像结果,数值分析了不同斜距、不同波长条件下合成孔径长度与大气相干长度比值随大气湍流强度的变化关系。结果表明大气湍流效应严重影响了SAL的方位向成像,随着湍流强度的增大,SAL图像散焦越来越严重,直至目标无法分辨。同一湍流强度下,光束波长越长,SAL成像效果越好。对于湍流效应造成的SAL图像失真,采用改进的秩一相位误差估计(IROPE)法对SAL图像进行补偿,当大气相干长度大于实孔径长度时,IROPE算法能够有效改善图像的聚焦效果,提升SAL成像分辨率。     

线振动对合成孔径激光雷达成像的影响分析

合成孔径激光雷达采用激光作为信号载波,通过孔径合成技术实现高分辨率成像。但是平台的振动会对激光雷达图像质量产生影响。针对平台线振动对合成孔径激光雷达影响进行了分析,通过对带有振动的合成孔径激光雷达瞬时斜距展开,可以将线振动的影响分为沿航线振动影响和垂直航线振动影响,其中沿航线振动对图像质量的影响可以忽略,而垂直航线的振动对图像质量影响敏感,会导致方位向散焦而无法成像。最后通过仿真验证了分析结果。     

基于自适应窗的合成孔径激光雷达联合时频成像方法

传统距离-多普勒算法中观测期间多普勒频率为常量的假设在合成孔径激光雷达系统中不再成立.根据合成孔径激光雷达回波信号模型,推导计算了振动对合成孔径激光雷达回波相位的影响.根据实际情况引入振动频率不超过500Hz、振幅不超过0.2mm的机载平台微振动参量,结果表明载机微振动对合成孔径激光雷达成像的方位分辨率影响很大,而对距离分辨率影响不大.采用时频分析成像方法,能够有效克服传统距离-多普勒算法对时变信号处理的局限性.分析比较Wigner-Ville分布、伪WWigner-Ville分布和平滑伪Wigner-Ville分布作为核函数的时频成像结果,均无法兼顾成像分辨率和成像效率.据此本文提出了一种基于自适应窗的联合时频成像方法,根据变异系数和变异阈值的比较自适应地调整子区域窗口大小,从而达到成像分辨率和算法效率的平衡优化.仿真结果表明,本算法对成像分辨率影响不大,成像时间减少近69.87%,适用于合成孔径激光雷达对成像高分辨率和成像效率的要求.     

基于自适应窗的合成孔径激光雷达联合时频成像方法

传统距离-多普勒算法中观测期间多普勒频率为常量的假设在合成孔径激光雷达系统中不再成立.根据合成孔径激光雷达回波信号模型,推导计算了振动对合成孔径激光雷达回波相位的影响.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的机载平台微振动参量,结果表明载机微振动对合成孔径激光雷达成像的方位分辨率影响很大,而对距离分辨率影响不大.采用时频分析成像方法,能够有效克服传统距离-多普勒算法对时变信号处理的局限性.分析比较Wigner-Ville分布、伪WWigner-Ville分布和平滑伪Wigner-Ville分布作为核函数的时频成像结果,均无法兼顾成像分辨率和成像效率.据此本文提出了一种基于自适应窗的联合时频成像方法,根据变异系数和变异阈值的比较自适应地调整子区域窗口大小,从而达到成像分辨率和算法效率的平衡优化.仿真结果表明,本算法对成像分辨率影响不大,成像时间减少近69.87%,适用于合成孔径激光雷达对成像高分辨率和成像效率的要求.     

大随机相位误差下条带模式合成孔径激光雷达成像实验

为了探索大随机相位误差条件下合成孔径雷达(SAL)成像特点和规律,本文采用波长为1 550 nm的线性调频激光器建立了能够产生大的共模随机相位误差的条带模式SAL成像实验装置。利用此装置获得了不同目标回波强度下条带模式SAL成像实验数据,结合条带模式相位梯度自聚焦(PGA)多次迭代处理,获得了高分辨率SAL图像。实验发现在[-6. 45π,6. 45π]范围的大随机相位误差下,通过简单的距离压缩和方位匹配滤波,无法实现SAL图像聚焦,图像信噪比仅为3 dB。进一步采用PGA处理,就能很好地校正相位误差,得到聚焦良好的SAL图像,图像信噪比达到43 dB。实验还发现,当存在大共模随机相位误差时,PGA处理展现出非常强的鲁棒性,在回波弱到10-15W的情况下依然有效。在大相位误差存在的SAL系统(如机载SAL)中,PGA处理能有效消除相位误差,实现图像聚焦;另外,增大探测激光功率以提高成像数据信噪比,将有助于提升PGA处理效果。     

胶体金核壳型沙丁胺醇分子印迹聚合物的光谱特征分析

为了解决饲料和动物产品中沙丁胺醇残留现场快速检测的难题,开发以分子印迹技术为基础的快速检测沙丁胺醇的新方法,使用沙丁胺醇做为模板分子,甲基丙烯酸(methacrylic acid, MA)作为功能单体,以本体聚合法为基础合成常规SAL分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymer,MIPs）和非分子印迹聚合物（non imprinted polymer NIPs）。在此基础上,以胶体金粒子为引发核,制备出新型的核壳型沙丁胺醇MIPs。应用紫外吸收光谱(UV spectra)、傅里叶红外光谱(IR spectra)和拉曼光谱（Raman spectru）、扫描电镜（scanning electron microscopy,SEM）等技术手段获得两种印迹物及各种相关化合物的光谱图、电镜图等表征图像。由实验结果可知,SAL和MA上的羧基形成稳定又容易洗脱的1∶1型氢键配合物,化学结合常数K=-0.245×106 L2·mol-2。与MA的—COOH中氢原子形成氢键的可能结合位点是SALCO中的氧原子。MIPs与MA中—OH的吸收峰比较可知,前者明显红移; 证明SAL作为模板分子与MA之间发生特定结合。未洗脱MIPs的CO的伸缩振动产生的吸收峰红移; 即能量损失明显,可知MA中—COOH的氢原子如果要生成氢键,可能的结合位点就是SAL分子内CO中的氧原子。MIPs和NIPs中CC, CO, —OH等吸收明显的官能团峰型大致相同。将MIPs洗脱掉作为模板分子的SAL后,留下了含有特殊且确定结构官能团化学及空间构成均与SAL高度匹配的空穴, 可与待测液中的目标检测分子SAL发生特异性识别和专一结合作用。而胶体金核壳型MIPs与常规MIPs相比,除具有以上相同特点外,其表面更加松散,表面孔穴明显增多。由此增加了吸附目标分子的有效面积,具有更优良的吸附性能。这两种印迹物的合成及光谱特征分析为建立基于分子印迹技术的快速检测SAL新方法奠定了理论和实践基础。     

图象制导系统的陀螺稳象技术研究

图象制导系统导引头的目标成象传感器是由陀螺直接稳定的,陀螺转子运动不平衡引起的振动与“绕动”直接影响到图象的稳定及整弹性能。该文从理论上对此进行分析和讨论,由此得出振动、绕动调试的合理依据及方法,从而避免了调试过程中的盲目性。     

Reflective ghost imaging free from vibrating detectors

The vibration is one of the important factors affecting imaging quality of conventional remote sensing imaging because the relative motion between the imaging system and the target can result in the degradation of imaging quality. The influence of the vibration of the detector in the test path on reflective ghost imaging(RGI) is investigated theoretically and experimentally. We analyze the effects of the vibrating amplitude and velocity. The results demonstrate that the microvibrations of the bucket detector have almost no impact on the imaging resolution and signal-to-noise ratio(SNR) of RGI, i.e., the degradation of imaging quality caused by the vibration of the detector can be overcome to some extent. Our results can be helpful for remote sensing imaging.     

热像系统动态探测概率的研究

研究了热像系统动态探测概率。在对目前动态探测概率研究状况作简要讨论的基础上 ,建立了动态探测概率的一个微分方程。利用该方程可以研究探测器以速度 v(x)向目标运动过程中的动态探测概率。与传统的动态探测概率相比 ,所提出的方法考虑了目标的运动过程 ,而传统的动态探测概率虽然包含了时间 t,但它并不表征物体的运动过程     

Finite-amplitude vibration of a bubble in water

The numerical results obtained by Rayleigh-Plesset （R-P） equation failed to agree with the experimental Mie scattering data of a bubble in water without inappropriately increasing the shear viscosity and decreasing the surface tension coefficient. In this paper, a new equation proposed by the present authors （Qian and Xiao） is solved. Numerical solutions obtained by using the symbolic computation program from both the R-P equation and the Qian-Xiao （Q-X） equation clearly demonstrate that Q-X equation yields best results matching the experimental data （in expansion phase）. The numerical solutions of R-P equation also demonstrate the oscillation of a bubble in water depends strongly upon the surface tension and the shear viscosity coefficients as well as the amplitude of driving pressure, so that the uniqueness of the numerical solutions may be suspected if they are varied arbitrarily in order to fit the experimental data. If the bubble＇s vibration accompanies an energy loss such as the light radiation during the contract phase, the mechanism of the energy loss has to be taken into account. We suggest that by use of the bubble＇s vibration to investigate the state equations of aqueous solutions seem to be possible. We also believe that if one uses this equation instead of R-P equation to deal with the relevant problems such as the ＇phase diagrams for sonoluminescing bubbles＇, etc., some different results may be expected.     

卫星平台复杂振动引起的光谱成像退化仿真研究

卫星平台不稳定性将严重影响光谱成像质量, 针对干涉型和色散型成像光谱仪受平台振动而产生的成像质量退化影响进行机理研究和仿真, 建立了两类成像光谱的退化模型. 提出的光谱微分动态成像退化仿真方法, 考虑了复杂振动的综合影响. 通过提出平均掺杂比的概念, 建立起卫星平台运动参数与光谱成像影响之间的桥梁, 详细推导了这两者间的定量关系. 并以典型光谱和模拟地物光谱为例进行了退化仿真, 退化结果表明平台振动中俯仰和侧滚的影响比偏航大, 而且不仅会影响空间分辨率, 还会带来光谱失真, 而影响较大的是地物种类较丰富的区域.