逆合成孔径激光雷达机动目标运动补偿成像算法

逆合成孔径激光雷达(ISAL)成像运动补偿中,包络对齐的精度直接影响了相位误差估计精度.当目标速度和加速度较大时,距离包络严重倾斜且相位误差较大,图像无法进行良好聚焦.针对上述问题,在高精度成像模型的基础上提出了一种基于Nelder-Mead单纯形法和粒子群优化的全局联合运动误差补偿算法.首先,利用单纯形法估计目标速度,完成包络对齐.然后,将包络对齐过程获得的目标速度作为相位误差估计中参数初始化的约束条件.最后,用粒子群优化算法对各运动参数进行全局搜索并得到最优解,实现高精度运动参数估计及高阶相位误差补偿,得到聚焦良好的二维图像.实验结果表明,本算法的参数估计误差主要分布在±0.2％以内,参数估计精度和抗噪声性能均优于传统ISAL成像算法.     

运动目标激光微多普勒效应平动补偿和微动参数估计

利用激光探测微多普勒效应可以精确估计微动参数,有利于实现目标的准确分类和精细识别.运动目标的微多普勒效应是一种由多项式相位信号模型与正弦调频模型组成的混合信号.对于这类混合信号中的微动参数估计目前还未提出有效的方法.对此,本文提出一种基于分数阶傅里叶变换(Fr FT)的平动补偿方法,通过设计对Fr FT参数域的带宽搜索方法,可以从混合信号中精确估计平动参数,实现平动和微动的分离;通过设计静态参数粒子滤波器,从补偿后的信号中准确估计了微动参数;针对静态参数模型,采用马尔可夫-蒙特卡罗方法增加粒子多样性,并利用累积残差定义新的粒子权重计算函数,保证了算法在对多维参数估计时的快速有效收敛,避免了参数分别估计时误差传递的影响.通过仿真分析对比和实验数据,验证了本文所提补偿和参数估计算法的有效性.     

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。     

基于拟牛顿和遗传算法的三维人脸建模

用网格重采样算法和点变形技术把不同人脸纹理全景图进行标准化,实现三维人脸的像素级对齐;根据在不同姿态下用拟牛顿法优化目标函数优化速度的不同和提取的人脸特征点精确计算出输入图像中人脸的姿态;确定三维人脸模型在此姿态下的可见点,最后利用改进的实数遗传算法进行匹配计算,建立完整的三维人脸模型。实验表明,此算法能实现三维人脸像素级的精确对齐,快速的精确计算输入图像中人脸的姿态,减少优化参数,简化目标函数,提高模型匹配效率和重构精度,缩短匹配时间。     

双侧回波联合的合成孔径声呐运动补偿算法

利用单侧回波可估计合成孔径声呐基阵的斜距误差,但无法区分横荡误差和升沉误差。针对此问题,提出了一种双侧回波联合的运动补偿方法。该方法首先根据双侧基阵运动误差的几何关系,建立了双侧基阵的运动误差模型,再结合偏移相位中心算法估计基阵的横荡误差和升沉误差,最后利用所估计的运动误差对不同掠射角上的回波进行运动补偿。仿真结果表明:该方法能精确估计双侧基阵的运动误差,其估计值与实际值的偏差为10-4 m左右,估计结果的标准差接近克拉美罗下界;对回波进行运动补偿后,能获得比基于单侧回波运动补偿方法更好的成像效果。水下球串目标的湖试数据的成像结果显示,与基于单侧回波的运动补偿方法相比,所提方法能更好地抑制图像的散焦现象。     

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。     

地球同步轨道空间目标地基逆合成孔径激光雷达系统分析

对用于地球同步轨道空间目标进行成像观测的地基逆合成孔径激光雷达系统进行了分析.讨论了地球同步轨道空间目标运动特性和观测几何模型,分析了地基逆合成孔径激光雷达系统指标,波形选择为无周期相位编码信号,提出了基于发射和本振参考通道的信号相干性保持方法.根据目标存在振动和三维自转的特点,采用正交基线干涉处理的方法进行运动相位误差估计与补偿.引入自适应光学系统实现大气时变相位误差校正,同时明确了基于正交基线干涉处理的逆合成孔径激光雷达与自适应光学在大气校正方面具有互补性.设计了初步系统方案,仿真验证了目标振动和三维自转对逆合成孔径激光雷达成像有明显的影响.     

机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时,其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题,在建立机动目标精确回波信号模型的基础上,提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时,首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率,进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩,消除距离色散.经过运动补偿后,在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像,解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后,通过散射点模型的仿真实验,验证了所提方法的有效性.     

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。     

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。     

双基地雷达两极区ISAR超分辨成像

由于双基地雷达中两极区双基地角的时变特性,传统ISAR成像法无法获取高分辨的目标像.分析了两极区双基地角的时变性及对距离包络和方位的影响,就两极区目标运动模型中目标方位高次项提出了Radon-TCDS-Relax超分辨成像算法,对每个距离单元进行调频率和调频率变化率搜索并补偿其所对应的方位高次相位误差,用Radon-TCDS-Relax提取散射点实现TCD-RID成像.仿真实验与分析验证了本文方法的有效性.     

合成孔径成像激光雷达成像算法研究

在描述了调频连续波信号模型以及其外差接收体制特点的基础上,针对传统合成孔径雷达的"一步一停"模型中忽略的平台连续运动引入的多普勒频移项,采用线性调频连续波信号的合成孔径成像激光雷达瞬时距离较传统合成孔径雷达的改变.推导出在该模型下一种适用于机载合成孔径成像激光雷达系统的频率变标算法,一并考虑了在连续波信号模型中多普勒频移项对成像的影响.仿真证明了该算法能有效补偿平台连续运动带来的影响.     

基于有理多项式模型的高分四号卫星可见光通道面阵成像载荷在轨几何定标

针对我国首颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星高分四号（GF4）的可见光通道面阵成像载荷,基于成像模型中内外方位元素的相关特性,提出一种基于先验有理多项式（RPC）模型的在轨几何定标方法,以地面控制点的真实像点和基于RPC模型计算的虚拟像点为观测值,在初始的定标参数基础下重建精确的几何定标参数,实现卫星成像载荷系统性几何误差的补偿。本方法完全避免了传统在轨几何定标构建严格几何成像模型中复杂的辅助数据处理和多个成像坐标系统的转换,建模和解算均极为简单,且定标结果可直接应用于基于严格几何成像模型的地面处理系统。通过一组GF4卫星面阵载荷的真实影像数据实验验证了本方法的有效性和模型的合理性,结果表明：本方法可有效补偿成像模型中的系统几何误差,且得到定标结果与基于严格几何成像模型的传统定标方法几乎一致。     

激光反射断层成像相位恢复方法

针对激光反射断层成像过程中存在目标的平动和抖动所产生的旋转中心偏移导致重建图像错位形成伪影的问题,提出基于相位恢复技术的改进误差下降算法.该方法通过光强反复迭代得到相位分布,获得重构目标丢失的相位信息,通过增加初始约束条件以及空间域和频域的限制有效改善算法的收敛性.运用改进的误差下降算法,有效改善了相位恢复方法容易陷入局部极小解的问题,获得了优化的重构图像.仿真实验表明,三组投影数据重建图像的平均相对均方误差由0.774下降为0.551,能够有效消除图像重建伪影.外场实验结果表明此方法使激光反射断层成像系统分辨率得到有效改善.     

基于BP神经网络模型时钟同步误差补偿算法

误差补偿是保证水下传感器网络时钟同步精度的一个重要保障,现有研究方法主要采用线性拟合和最小二乘法对时钟同步参数进行误差补偿,但该类方法并未考虑受海流影响时节点移动所导致的时钟同步精度问题.针对此问题,本文提出一种基于BP神经网络模型的时钟同步误差补偿算法.首先采用深海拉格朗日洋流模型描述水下节点运动规律,模拟水下节点运动速度,进而建立时钟同步参数模型,最后构建符合水下环境的BP神经网络时钟同步误差补偿模型,通过定义激励函数,引入正则项因子和补偿性因子避免模型过拟合,建立误差反向传播的BP神经网络模型时钟同步误差补偿算法.仿真实验表明,本文提出的算法与TSHL算法、MU-sync算法、MM-sync算法相比,在时钟同步精度(即时钟同步时间与标准时间的误差)上分别提升了37.42%, 17.29%和21.86%,并且均方误差得到显著降低.     

合成孔径声呐成像自聚焦方法研究

合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,简称SAS)载体的随机运动、声波传播媒质不稳定等会影响成像的质量。大的运动误差可由运动补偿修正,但残余运动误差和媒质的影响需要自聚焦方法来修正。本文推导出小的SWAY误差下脉冲压缩图象域内运动误差模型,并将合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)中的PATCH-PGA方法用于SAS自聚焦,仿真实验和湖试结果表明了该方法的有效性。     

脉冲压缩与互相关联合的合成孔径声呐回波时延补偿

针对合成孔径声呐中阵元相位不一致导致互相关时延补偿算法对成像质量提升效果有限的问题,提出了一种脉冲压缩与互相关联合的回波时延补偿算法.该算法利用脉冲压缩回波的互相关对原始回波相位畸变进行校正,实现粗补偿;联合脉冲压缩与偏移相位中心算法实现精细时延补偿,对不同合成孔径位置各阵元回波时延差实现了较为准确的估计,增强了成像效果。试验数据经该算法处理后,回波时延得到较为精确的补偿,地貌成像结果的亮度、对比度等统计特性得到不同程度的提高,且纹理细节增多;典型线缆目标的成像聚焦加深,成像长度误差约由5%减小为0.8%。试验结果显示,该算法对互相关时延补偿方法改进效果明显,验证了算法的可行性、有效性。     

基于各向异性高斯曲面拟合的星点质心提取算法

恒星识别以及卫星目标检测识别是空间监视系统的重要应用之一。由于星图图像点目标成像的特点以及大量背景恒星的干扰,星图中用于目标识别的特征难以提取,因此目标的位置是实现目标识别的关键特征。高斯曲面拟合方法是使用较为广泛的目标质心提取算法之一,通过理论分析和实验表明传统高斯曲面拟合方法对运动卫星的定位存在较大误差。为此,提出了各向异性的高斯曲面拟合模型,该模型通过使用两个不同的高斯模糊参数和旋转因子,可以捕捉目标不同方向的各异特征,适合卫星由于运动造成的随机方向模糊。仿真实验和真实数据实验表明,本文方法的总体定位精度可分别达到0.008和0.04,并能够准确提取星图目标的质心,相比传统方法有较大改善。     

基于优化的鱼眼镜头成像模型的空间点定位

针对应用高阶奇次多项式法和光学折射模型定位误差大、局限性强的问题,提出一种优化的鱼眼镜头成像定位算法。根据镜头的偏心畸变推导出新的畸变模型,进而在此畸变和光学折射模型的基础上建立优化的成像模型,并标定模型参数;对该成像模型进行反投影推导,得到三维点坐标,实现空间目标的精确定位。实验结果表明,当被测物分别处于鱼眼图像中心区域和边缘区域时,该算法的相对定位误差远远小于高阶奇次多项式法和光学折射模型的方法,减小了图像畸变对测量精度的影响,解决了使用光学折射模型定位局限性强的问题。     

电动汽车燃料电池电压温度参数的逆控制优化

燃料电池的温度和电压是影响电动汽车性能最关键的两个参数;由于电动汽车燃料电池的温度和电压具有较强的非线性和耦合性的特点,使得传统的线性系统理论无法适用;为此,提出一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的燃料电池逆控制优化算法;利用LS-SVM建立燃料电池逆模型,利用RLS算法对燃料电池逆模型进行校验,利用ε-滤波方法对控制器进行在线参数调节;仿真结果证明该逆控制方法能够快速准确地对燃料电池中电压和温度进行精确解耦控制,保证了电动汽车对燃料电池的性能要求。