多子阵合成孔径声呐波数域算法不均匀采样问题研究

多子阵合成孔径声呐(SAS)方位向采样不均匀,因而单子阵波数域算法(ω-k)不能直接用于多子阵SAS图像重建。为此,提出两种改进ω-k算法的方法,使其可以应用于多子阵SAS图像重建。不均匀分离快速傅里叶变换(NSFFT)方法采用多子阵匀速直线运动的假设,将方位向不均匀采样的傅里叶变换分解为若干个均匀采样的傅里叶变换;不均匀快速傅里叶变换(NFFT)方法则直接快速计算方位向不均匀采样的傅里叶变换。文中对这两种方法进行了理论分析,并利用仿真数据和湖试数据对这两种方法进行了验证。成像结果表明两种方法均可用于多子阵SAS系统图像重建。NSFFT计算效率较高,但声呐基阵前进方向速度的不均匀性会对成像质量造成一定的影响;NFFT可以适用于任意速度的情况,但计算效率比NSFFT方法低。综合来看,两种方法各有特点,可以根据应用场景的不同进行选择。      

PGA算法在条带式SAS场景目标成像中的应用

本文针对条带式合成孔径声呐(SAS)对场景目标成像应用中面临的方位向残余相位误差导致成像质量降低的问题,探讨了相位梯度自聚焦(PGA)算法在条带式SAS成像方位向相位误差估计和补偿中的应用方法,通过自适应的选点及窗宽估计处理以提高算法对场景目标的适应性,最后通过对场景目标成像的实际湖试数据进行处理和分析,结果验证了该算法改善条带式SAS对场景目标成像质量的有效性。     

多子阵干涉合成孔径声呐

在完成了轨道式干涉合成孔径声呐(InSAS)原理样机的基础上,研制开发了一种新型的水面拖曳式干涉合成孔径声呐系统.成像算法采用非停走停运动误差补偿的多子阵逐线算法.试验数据表明该系统稳定可靠,并成功获取了干涉合成孔径图像,其距离和方位分辨率分别达到了5 cm和10 cm,测深精度优于国际海道测量组织(IHO)标准.     

一种适用于大测绘带合成孔径声呐的运动补偿方法

当合成孔径声呐测绘带较大时,运动误差的空变效应严重,经典的相位中心重叠算法难以适用。为此,提出了一种适用于大测绘带合成孔径声呐的运动补偿方法。首先使用混合调制的拉格朗日时延估计算法对前后两帧回波的时延进行估计,之后使用线性回归方法拟合出运动误差,最后利用运动误差的估计值对回波进行逐点精确补偿。仿真数据的结果表明,该算法能够获得比相位中心重叠算法更好的运动估计结果,运动补偿后成像分辨率接近理论分辨率。使用该算法分别对高、低频合成孔径声呐的湖试数据进行了处理,水下地貌和小目标的成像质量均有明显提高。      

检测前跟踪中的目标交叉航迹标签分层管理EI北大核心CSCD

针对检测前跟踪算法无法提供目标航迹标签以及传统算法在轨迹交叉情况下批次编号管理混乱的问题,提出了一种标记关联的航迹管理方法。该方法为各个目标的方位航迹标记不重复的标签,并针对标签多伯努利算法非共轭先验的问题,采用将标签多伯努利分布逼近δ-广义标签多伯努利分布的方法进行解决。另外还提出一种辅助门限进行分层逐级更新的方法,实现了对不同的航迹赋予不同的标签,解决了方位交叉情况下轨迹中断、目标跟丢和错跟的问题。仿真及海试试验表明,该方法的平均误差稳定且接近为0,定位精度高且轨迹连续清晰,不仅能在目标轨迹交叉时进行准确跟踪,还能实现对多目标数的精准估计,为基于声呐阵的水下目标态势感知方法提供了新的技术支持。     

高分辨宽测绘带星载合成孔径雷达频域重构算法

针对传统星载合成孔径雷达(SAR)系统高分辨率和宽测绘带之间的矛盾,采用方位向偏置相位中心结合距离向波束扫描（ScanSAR）模式实现同时高分辨宽测绘带SAR成像,并针对雷达脉冲发射频率、平台速度和天线尺寸不满足严格约束条件导致的方位向非均匀采样提出了频域重构算法。该算法可以实现精确频谱重构,并且极大地提高了系统设计和参数选择的灵活性。五扫六通道SAR系统的频域重构算法的仿真结果显示成对回波抑制达60 dB以上,方位模糊比达-23 dB,证明了该算法的有效性。     

结合稳健中国余数定理的合成孔径声呐多子带运动补偿算法

针对运动误差过大导致基于相位的时延估计发生模糊的问题,提出了一种多子带处理和稳健中国余数定理结合的合成孔径声呐运动补偿方法。该方法利用前后两帧回波在多个子频带上的相位差获得模糊时延估计,再根据模糊时延之间的关联性,应用稳健中国余数定理估计真实的时延,最后通过所估计的时延对原始回波进行校正。湖试数据处理结果表明该方法能精确补偿运动误差对成像的影响,进行运动补偿后,包裹目标成像结果的方位向虚假目标被有效消除,且目标的轮廓也变得更加清晰;对线缆目标的成像结果进行斜距向剖面分析,剖面图的-3 dB宽度由运动补偿前的9.05个像素点缩小为运动补偿后的2.06个像素点,线缆目标的聚焦程度明显增强。      

圆合成孔径声呐多点定位运动补偿

圆合成孔径声呐(CSAS)的成像性能受平台运动误差影响而下降,利用单侧回波可估计CSAS基阵的斜距误差,但单侧回波在小测绘带时无法估计升沉误差,针对此问题,提出了一种利用单侧回波信号的声呐平台三维运动估计和补偿方法。首先,对CSAS在不同观测角度的目标回波取极大值获得目标回波的到达时间;其次,基于多个点目标的到达时间建立CSAS三维定位模型;然后利用列文伯格-马夸尔特方法对声呐三维坐标进行估计;最后将位置估计结果与时域反投影成像方法结合实现对目标的成像.仿真结果表明:该方法能精确估计声呐平台运动误差,其空间坐标的估计误差小于仿真信号波长的1/8,从而精确补偿了CSAS在不同空间采样点上的阵元回波时间差,显著提高了目标成像质量。湖上试验结果表明,该算法能够实现对CSAS的运动误差补偿。仿真和试验结果均验证了方法的可行性和有效性。      

一种基于随机序列的正交离散频率编码信号

双基地合成孔径声呐克服了单基地声呐系统的诸多缺陷,在成像等方面有很大优势,但时间同步仍然是一个目前制约成像质量的重要因素,时间同步误差影响是值得关注的重要问题。在回波信号模型和时间同步误差模型基础上,针对双基地合成孔径声呐进行误差影响的理论分析,并进行仿真验证。结果表明,固定时间误差主要引起距离向聚焦位置偏移,线性时间误差引起方位向聚焦模糊和分辨率降低,随机时间误差引起距离与方位向旁瓣升高。     

合成孔径激光成像雷达(Ⅴ):成像分辨率和天线孔径函数

基于合成孔径激光成像雷达(SAIL)二维数据收集方程和成像算法,研究了圆形孔径和矩形孔径光学望远镜天线的方位向成像分辨率,导出了点扩展函数的解析表达式,分析了理想成像点尺寸及其光学足迹中心偏离、相位二次项匹配滤波失匹、空间采样宽度、采样周期等的影响;也研究了距离向成像分辨率并分析了非线性啁啾补偿等的影响.对于各种影响因素都给出了数学判据,特别是发现了矩形孔径的光学望远镜可以产生适合于SAIL扫描方式的矩形光学足趾并消除方位向分辨率不均匀降低,可以设计最佳的矩形孔径的尺度分别控制光学足趾在方位向及其垂直方向上的尺度,得到大扫描宽度和高方位向分辨率;也发现了目标外差延时必须尽量小以克服非线性啁啾和初始光频不稳定性相位误差.     

非均匀网格时域伪谱算法在超宽带技术中的应用

 与传统时域有限差分算法相比，采用以伪谱方法离散Maxwell微分方程为基础的时域伪谱(PSTD)算法计算大的电尺度电磁场时域问题，将大大提高计算效率，降低内存需求。为了拓宽PSTD算法的应用，近年来，基于网格插值方法的非均匀时域伪谱算法得到了发展。研究的重点是算法中非均匀网格技术的实现及其在时域瞬态脉冲电磁场模拟和高功率超宽带脉冲技术方面的应用。以高斯脉冲为激励源，用该算法计算了多层介质的反射和透射，并通过超宽带脉冲穿墙实验对这一方法的应用进行了验证。模拟和实验结果具有较好的一致性。     

多移动机器人轨迹跟踪控制系统设计与实现

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,在分析了机器人运动学模型的基础上,构建多机器人的领航-追随模型。采用跟踪微分器在输入输出两端安排过渡过程,设计了一种基于多变量解耦的非线性PID轨迹跟踪控制器。搭建以Arduino Mega 1280控制板为核心的移动机器人实验平台,采用速度PID控制器以满足机器人驱动电机的实时调速要求,基于ROS提出一种结构化和模块化的多机器人控制系统。在此基础上进行实验,并将实验结果与传统PID方法控制的实验结果进行对比。实验结果验证了本文所提算法的有效性,控制器易于实现且具有一定的鲁棒性。     

A numerical study of rotation effects on jets effusing from inclined holes into a cross-flow

In this work, the complexity of the flow field arising from the impact of the interaction of coolant jets with a hot cross-flow under rotation conditions was numerically simulated using large eddy simulation with artificial inflow boundary condition. The finite-volume method and the unsteady PISO (Pressure Implicit with Splitting of Operators) algorithm were applied on a non-uniform staggered grid. The simulations were performed for four different values of rotation number (Ro) of 0.0, 0.03021, 0.06042, and 0.12084, a jet Reynolds number of 4700, based on the hole width and the jet exit velocity. The air jet was injected at 30° and 90° in the streamwise direction with a density ratio of 1.04 and a velocity ratio of 0.5. The flow fields of the present study were compared with experimental data in order to validate the reliability of the LES technique. It was shown that the rotation has a strong impact on the jet trajectory behaviour and the film cooling effectiveness. The film trajectory always inclines centrifugally. Under rotating conditions, the film trajectory departs from the centreline to the left boundary. The deflection becomes greater as Ro increases. Furthermore, it was also found that the injection angle has a strong impact on separation and reattachment behaviour as well as the strength of the penetration into the cross-flow. As it increases, the distribution of the film cooling downstream the jet exit is more non-uniform and the film cooling effectiveness level slightly decreases.     

基于改进NAS-RIF的三维显微图像盲复原

对二维NAS-RIF算法进行了改进,并将它用于三维显微图像复原,分别用模拟样本和真实生物样本进行了实验。针对原算法对噪声有放大作用,提出了基于中值滤波去噪的改进。在支持域的确定、最小点的搜索上进行改进,提高复原质量。改进了原算法仅适用于均匀背景的不足,扩大了应用范围。实验结果表明,该算法在三维显微图像盲复原中具有较好的效果。     

基于形态学变换和FFCM聚类的灰度图像颜色迁移算法

针对传统颜色迁移算法计算量大、对图像无法准确进行颜色迁移的问题,提出一种基于形态学变换和快速模糊C均值聚类（FFCM）的灰度图像颜色迁移算法。首先对目标图像进行腐蚀膨胀运算,消除亮度不均匀的区域,通过FFCM聚类算法对目标图像进行准确聚类,然后在目标图像与源图像中选取对应样本块,完成样本块的颜色迁移,并以已上色的样本块为参考,完成图像的全局颜色迁移。实验结果表明:与Welsh和FCM算法相比较,本文算法处理时间分别缩短64.29 %和54.25 %,结果图像在类间交界处的颜色过渡更加自然,证明了算法的有效性。     

十字阵短时宽带声源实时定向算法

面向短时宽带声源实时定向问题,提出了一种基于互功率谱时延估计的十字阵定向优化算法。针对该方法估计结果离散且呈不均匀分布的特点,将观测平面划分为四个测量区域,并利用不同阵元组合分别处理,解决实时性与估计成功率的矛盾;依据互相关函数的特点,设计了若干判断准则,排除由于数据取样短造成的异常时延估计,改善算法的可靠性;采用频域插值方法,一定程度上提高时延估计精度,从而提高定向精度。MATLAB仿真和DSP系统实验表明,这种方法在实际应用中有效提高了对短时宽带声源定向的性能。     

红外单站多目标跟踪算法研究

利用IRST(红外搜索与跟踪)系统所获取的各目标的角度及其红外光谱辐射功率和信息，通过对红外光谱辅射功率和的相关处理，运用选优的JPDA（联合概率数据关联）算法与IMM（交互多模型）算法实现了IRST系统的单站多目标跟踪，并通过两个仿真场景对算法性能进行了检验.仿真结果表明：在跟踪开始阶段，两个场景中的每个目标都能获得高精度的跟踪;当目标编队飞行时，算法能对各目标进行有效的跟踪，而且跟踪精确度也是令人满意的;当目标交叉飞行时，跟踪的误差明显加大，随着时间的延续，对远距离目标会失去跟踪能力，但对近距离目标仍能进行有效的跟踪.     

基于非参数背景抑制的弱小目标管线法检测

介绍了一种红外图像背景抑制的非参数方法(E_kernel)。提出了一种弱小目标的管线检测算法。E_kernel方法不同于传统的线性或非线性背景预测,它对背景杂波分布的统计特性不敏感,受其影响较小,具有非参数特性。管线检测算法对序列图像做若干相同的顺序处理,采用并行分布式计算,处理时间短。仿真试验表明,该算法能有效地检测出低信噪比红外序列图像中的弱小目标的运动轨迹,具有较高的实时性。     

Bearings-Only Target Motion Analysis Using a Dual-Waveband Infrared System

Infrared systems are widely used for target detection, designation and tracking. For example, an Infrared Search and Track (IRST) system, as a typical airborne or shipboard detecting device, is widely equipped for the remote target detection and tracking. In recent years, the problem of target motion analysis (TMA) and tracking has been studied increasingly extensively. In an airborne infrared system, the problem becomes more difficult due to absence of range information. In this paper, the infrared model and motion model of typical aerial targets are described. An airborne dual-waveband IRST system, which is quite familiar nowadays, is choosed for implementation of target motion analysis. Based on the above, a novel and more practical algorithm of target tracking via bearings-only measurements is formed and the major parameters are defined according to a typical airborne dual-waveband IRST system. Finally, data simulation is implemented, and the results demonstrate the new algorithm has a better performance than before for bearings-only target tracking.