基于实际空间截止频率的稀疏孔径双圆周阵列的优化

提出了一种新的稀疏孔径光瞳结构-两个圆周阵内外嵌套而成的双圆周结构,并研究了该结构的调制传递函数.该结构以实际空间截止频率作为约束条件,保证调制传递函数在最小截止频率以内无零频,以阵列的u-v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,并采用这种优化方法对3-3、5-3以及6-3双圆周阵列进行了优化排列.将优化结果与相同子孔径数目的均匀圆周阵以及Golay结构进行仿真实验和比较.结果表明,优化后的双圆周阵列,具有最大的实际空间截止频率和实际等效口径.     

稀疏孔径双圆周阵列的成像性能研究

针对传统稀疏孔径均匀圆周阵列的调制传递甬数在截止频率区域内易出现零值而影响成像质量的问题,提出一种由两个均匀圆周阵列嵌套构成的无冗余的双圆周稀疏孔径结构.给出该阵列的光瞳函数以及调制传递函数的解析表达式.以5-3结构的双圆周阵列为例,以实际空间截止频率为像质评价准则,从子孔径直径、内环圆周半径以及内环旋转角度等几个方面详细分析了双圆周阵列的成像特性,给出不同情况下的实际截止频率值,并对双圆周阵列稀疏孔径系统进行模拟成像和图像复原.将该结构与均匀圆周阵列.Comwell优化圆周阵列进行比较.结果表明,相同条件下,该阵列具有更大的实际空间截止频率,并且成像质量随着填充因子的减小而逐渐下降.     

基于混合算法的光学合成孔径成像系统孔径优化

结合模拟退火算法和遗传算法的优点,在遗传算法中加入模拟退火算子,运用这种混合算法对子孔径结构进行了优化。以阵列的子调制传递函数覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,实现了单圆周孔径阵列和双圆周孔径阵列的优化排列。使用仿真程序对优化阵列的光学传递函数进行了分析,将优化结果与相同子孔径数目的单圆周结构进行仿真实验和比较。结果表明,采用这种混合算法是可以很好的解决光学合成孔径结构的优化问题,优化结果接近全局最优解,优化后的双圆周阵列接近Golay阵列,具有更大的实际空间截止频率。     

分形结构稀疏孔径阵列的成像性能

根据分形的自相似性理论提出一种分形稀疏孔径阵列结构.该阵列是以Golay-3为分形结构单元,按自相似方式扩展构成的一种多层分形阵列结构.采用无量纲约化参数对其结构进行表征,给出光瞳函数和调制传递函数解析表达式.通过数值计算分形结构在不同填充因子和不同外层旋转角下的调制传递函数、实际截止频率和中频特性,比较分析了当孔径数分别为N=3,N=9,N=18阵列的MTF及特性参数.结果表明,当填充因子为0.0952F≤0.2246d0=1时,其变化对MTF曲线影响较小.外层旋转具有周期性,转角的变化对实际截止频率没有大的影响.当约化孔径参数,填充因子为22.46%时,N=18阵列的中频特性更加平稳,实际截止频率也更高.利用分形自相似性可以在相对保持中频特性的前提下有效地扩展系统孔径.由于采用约化孔径参数,数值计算结果具有标度不变性.     

基于遗传算法的光综合孔径圆周阵优化

从光综合孔径圆周阵列成像的基本原理出发,建立了圆周阵列的优化模型;采用改进的实数编码方法对子孔径阵列位置进行编码,运用遗传算法进行子孔径阵列的优化;以阵列的u-v覆盖点间距最大化及最小冗余度来设计目标函数,实现了8~16个子孔径二维圆周阵的优化排列;分析了二维圆周光综合孔径阵列成像系统的点扩展函数、光学传递函数和衍射成像的基本原理;对优化结果与模拟退火算法的结果进行对比,使用仿真成像程序分析其点扩展函数,并与均匀排布的圆周阵列进行对比。结果表明,采用改进的实数编码的遗传算法可以很好地解决综合孔径阵列优化的问题,相对于模拟退火算法,该方法的计算时间更短,结果更优。     

复合三子镜稀疏孔径光瞳结构的研究

由于在截止频率区域内稀疏孔径系统的调制传递函数(MTF)比全孔径系统的调制传递函数下降,甚至调制传递函数可能出现零点而影响成像质量,通过稀疏孔径系统的结构优化可以获得调制传递函数分布比较理想的孔径结构。给出了基于实际空间截止频率ρR和子孔径直径的稀疏孔径结构优化准则,对复合三子镜稀疏孔径结构进行优化,分析了优化前后的调制传递函数变化,并对优化结构的复合三子镜稀疏孔径系统模拟成像和维纳滤波,比较优化前和优化后稀疏孔径结构的成像情况。结果表明结构优化是稀疏孔径光学系统设计的一个关键部分,应用的优化准则对稀疏孔径结构优化是合理的,通过结构优化可以使复合三子镜稀疏孔径系统的成像质量得到改善。     

辐射状多子镜阵列结构的成像特性

根据液体透镜稀疏孔径成像的特点,提出一种辐射状多子镜阵列结构;给出稀疏孔径成像的简化模型,通过多子镜结构的光瞳函数,得出调制传递函数的解析表达式;给出此多子镜阵列结构的具体分布形式,采用无量纲方法对结构参数进行约化;讨论2种辐射状多子镜阵列的结构情况,计算填充因子、冗余度、调制传递函数和其他特性参数;讨论参数扫描所表现的物理现象,并对比这2种阵列的结构特征和成像特性;对辐射状多子镜阵列结构和复合环形结构的特性指标进行比较。结果表明:在2种结构的平均调制传递函数以及调制传递函数中频特性值相接近的情况下,选择具有更大实际等效口径和实际截止频率以及更低冗余度的Ⅱ型结构;Ⅱ型结构在成像方面具有一定优势;由于基于液体透镜的多子镜阵列结构采用无量纲约化参数,因此结论普适于任意的包围圆尺寸;与复合环形结构相比,当填充因子相同时,辐射状多子镜结构有更大的实际截止频率和实际等效口径。     

波前正交编码阵列被动测距系统

针对单孔径正交编码被动测距系统存在的工作距离与探测准确度的矛盾,建立一种由多个传感器构成的线性阵列正交编码测距系统.给出了线性阵列系统的结构,通过将各个传感器形成的编码图像求和,得出了阵列系统和单孔径系统的光学调制传递函数的关系,推导了两个传感器间最佳间距的数学表达式;分析了采用最小冗余线性阵列结构能够获得更多的独立空间响应和调制余弦项,给出了由多对传感器组合构成的阵列系统的阵列响应;利用费希尔信息矩阵分析了阵列系统距离估计的克莱姆-拉奥限.理论和模拟结果表明:采用阵列系统进行探测,能使调制传递函数中与距离有关的峰值的带通区域变窄,使距离估计的最小方差限减小,其探测准确度至少提高一倍.     

光学综合孔径成像技术实验研究

根据光学综合孔径成像系统的成像质量与点扩散函数和光学传递函数的关系,以G o lay-3阵列结构为例,从空间域和频率域对光学综合孔径成像技术进行理论仿真和实验研究。在空间域从理论上分析光学综合孔径成像系统的点扩散函数,对复杂目标的成像通过目标函数与点扩散函数的卷积求得,点扩散函数决定了成像质量。通过数值仿真和模拟实验取得了点扩散函数强度分布图,两者分布规律一致证明理论分析正确。在频率域研究光学综合孔径调制传递函数,理论仿真和实验取得的调制传递函数表明,空间域和频率域内光学综合孔径成像技术的理论分析与实验结果具有较好的一致性。     

复合三子镜的成像研究

提出一种由九个子镜构成的复合三子镜稀疏孔径结构。给出该孔径的光瞳甬数以及三种不同型的结构形式,并导出它的调制传递函数的解析表达式。对三种不同型的调制传递函数进行了分析比较,阐明复合三子镜三种结构各自的特点。通过数值计算给出复合三子镜Ⅰ型结构的最大截止频率和不同填充因子的等效直径。对不同填充因子下的复合三子镜进行模拟成像、加噪与图像重构,并用两种指标对不同情况下的图像进行像质评价。结果表明,复合三子镜像的空间分辨率,基本接近包围孔径像的分辨率,成像质量和信噪比随着填充因子的减小逐渐下降。经过维纳去卷积滤波,图像质量有所提高。复合三子镜具有结构灵活、易于装调的优点。     

二维圆周光综合孔径阵的优化排列及其成像特性研究

光综合孔径成像的原理是应用干涉原理在空间频率域中进行采样,并通过傅里叶反变换或其他数值变换方法得到空间分辨力远高于单个孔径成像系统的目标图像。由若干个相同的小孔径在二维圆周上优化排列组成的综合孔径成像系统可以在二维空间频率域中实现较为均匀分布的、具有无冗余度的采样点覆盖,为高质量实时成像提供了一个有效的途径。运用模拟退火算法对由7～16个子孔径组成的二维圆周综合孔径阵列进行优化排列。并依据光学衍射成像原理,从空域和频域两个方面详细分析了二维圆周上优化排列与均匀排列光综合孔径阵的成像特性。对7～16个子孔径组成的光综合孔径的仿真结果表明：无论是在空域还是频域上,子孔径直径增大、孔径数目增多以及综合孔径阵的优化排列都是有利于提高成像质量的。但综合后的子孔径的直径的增大,虽然能获得极高的角分辨力,却并不利于成像质量的提高。     

基于改进空间频率域采样的天文光干涉望远镜阵列优化

提出一种基于改进空间频率域(UV)采样的阵列评价函数,用于长基线天文光干涉望远镜阵列几何结构的优化。该评价函数将UV采样区域沿径向和角度方向分别进行划分,统计划分所得区域中UV采样点数目并计算UV采样点密度,以UV采样点密度偏离理想高斯分布的大小作为评价依据。在具体的优化技术上,利用遗传算法的全局收敛特性,降低了传统算法对初始结构的依赖,采用该评价函数对6孔径望远镜阵列进行优化设计,并与国际主流天文光干涉阵列CHARA进行了性能对比。分析结果表明:优化所得Array-6阵列UV采样点密度分布具有径向连续覆盖和低频强调的特点,有利于对轮廓信息的恢复;双星模拟成像实验中Array-6阵列重构图像相对于原始图像的误差为21.34,相比CHARA阵列降低了18.16%,具有更高的成像质量。该优化算法具备优化大孔径数目阵列的能力,对于射电波段望远镜阵列的优化设计亦有一定的参考意义。     

衍射受限光学合成孔径成像系统像质评价

简述了光学合成孔径成像系统的原理,合成孔径成像系统在获得高截止频率的同时,降低了系统的中频性能,在空域表现为点扩展函数次峰增加。然后运用两点分辨率和光学传递函数对衍射受限光学合成孔径成像系统的像质评价问题进行了分析,指出了瑞利判据、斯派罗准则和“门限”判据的不足,认为当点扩展函数次峰大于主峰的0．5倍时,合成孔径系统与单孔径系统相比将失去优势。以光学传递函数为标准。分析三孔径合成系统子孔径尺寸、相互间距与等效系统孔径尺寸之间的关系。当子孔径直径不变时,随着其所在圆半径的增大,实际截止频率先增大,然后减小。     

基于遗传算法的不等间距阵优化方法*

阵元数一定情况下,针对不等间距拖线阵高频信号处理存在的空间增益和无栅瓣兼容问题,提出一种基于遗传算法的不等间距拖线阵阵型优化方法。该方法以频带交互下最大旁瓣级最小作为约束因子,通过模拟生物自然进化过程搜索全局最优解,得到优化后的阵元位置。优化后阵型在保证低频信号处理空间增益不变情况下,实现对高频信号高空间增益、无栅瓣处理。计算机仿真结果表明：相比未优化阵型,在高频信号处理方面,优化后阵型在无栅瓣情况下,空间增益提升值近似理论值提升值;在低频信号处理方面,优化后阵型具有相同的空间增益。为实际不等间距拖线阵阵型优化和应用提供了一种思路。     

基于改进粒子群算法的LED光源阵列优化

为了提高发光二极管（light emitting diode,LED）光源阵列的光照均匀度,提出一种改进粒子群算法和新型等差LED阵列排布方式。根据光照分布模型建立了照射面的光照均匀度评价函数,使用改进的粒子群算法对新型等差LED阵列、矩形及圆形阵列进行优化。将优化后的LED阵列数据导入光学软件TracePro中进行仿真验证,得到优化后等差、矩形及圆形LED阵列的光照均匀度分别为82.89%、73.31%及78.56%,比优化前LED阵列的光照均匀度分别提高了15.84%、10.65%及15.57%。研究结果表明,改进后的粒子群算法收敛速度更快、精度更高,且提出的新型等差LED阵列有着更好的光照均匀度。