基于概率模型驱动的机载贝叶斯前视超分辨多目标成像方法

雷达前视成像技术在精确制导打击、自主下降着陆、汽车自动驾驶等军民领域具有广阔的应用前景。由于多普勒相位历程的限制,机载平台的前视成像分辨率较低。解卷积方法可以进行前视成像,但当前视成像场景复杂时,现有的前视成像方法的成像质量会下降。针对复杂前视成像构型下的场景稀疏度度量和表征问题,该文提出一种基于概率模型驱动的机载贝叶斯前视超分辨多目标成像方法。首先通过将前视成像场景的数据维度由单帧空间扩展到多帧空间提升场景的稀疏度,然后基于广义高斯概率模型对成像场景的稀疏特性进行统计建模和稀疏度求解,最后基于贝叶斯框架完成稀疏前视成像。由于选取的稀疏度表征参数嵌入到前视成像的整个过程中,在每次迭代期间都会进行前视成像参数的更新,从而保证了前视成像算法的稳健性。通过计算机结果和实测数据处理,验证了该文方法的有效性。     

基于单快拍稀疏重构的阵列雷达前视成像北大核心CSCD

针对阵列雷达前视高分辨成像问题,文中提出了一种基于单快拍数据稀疏重构的成像算法。在对各阵元回波信号进行脉冲压缩及运动校正后,以波束指向角为中心在主瓣范围内构建信号矢量及对应观测矩阵,利用稀疏贝叶斯学习算法对当前指向角多个阵元的单快拍数据进行稀疏重构,得到散射系数分布;进一步对不同指向角重构所得散射系数进行幅度积累,得到最终的前视图像。仿真结果表明,该算法能在低角度采样率条件下获得有效的前视超分辨图像。     

基于稀疏贝叶斯学习的超材料孔径计算微波成像系统离网格成像方法

基于超材料孔径的计算微波成像可以看作微波压缩感知成像。这种成像方式的成像效果受网格失配误差的严重影响。该文针对超材料孔径计算微波成像系统对2维场景的重构过程进行分析,构建了一种基于Sinc插值函数的2维离网格(Off-grid)观测模型,并在此基础上提出一种基于稀疏贝叶斯学习的Sinc插值离网格成像方法(OGSISBL)。在期望最大化算法的框架下,恢复散射体回波的幅值和位置,同时校准网格失配误差。通过对超材料孔径计算微波成像系统的仿真数据进行成像处理验证所提算法的性能,结果表明所提算法具有很强的鲁棒性。     

多孔径压缩编码超分辨率大视场成像方法

多孔径成像是一种融合了仿生复眼视觉的新型成像方法,具有小型化、大视场、高分辨率等多种优势,但由于每个子孔径对应的单元图像分辨率过低,导致其成像质量和视场角的提升十分有限。为了进一步提高成像分辨率和探测视场,基于压缩感知理论设计随机编码模板,并紧贴子孔径放置对入射光场进行调制,通过单次曝光记录编码后的低分辨率单元图像阵列,利用稀疏优化算法,重构所有低分辨率单元图像获得超分辨率大视场图像。理论分析和仿真实验证明了该方法的有效性。该方法不仅能兼顾大视场高分辨率成像,而且大大缩小系统等效焦距,具有薄层结构,体积小而重量轻,可为微光机电一体化系统的研制设计提供借鉴。     

基于时域数字编码超材料的非线性准贝塞尔波束生成

准贝塞尔光束是一种广泛应用于微波和光学领域中的非衍射波束.虽然有许多生成准贝塞尔波束的方法被提出,但它们只应用于线性系统中,因此非线性准贝塞尔波束的生成仍然是一个重大的挑战.为此,作者提出了一种基于时域数字编码超表面的高次谐波上的准贝塞尔光束产生方法,通过适当的编码方案实现对非线性频率分量上的超表面相位分布的精确控制,...     

基于多帧数据联合处理的机载单通道雷达贝叶斯前视成像

针对机载单通道雷达前视分辨率不高的问题,该文提出一种基于多帧数据联合处理的贝叶斯前视成像方法。该文首先建立高斯背景下的前视回波信号模型,然后将散射场景的处理空间由单帧波束域的低维空间扩展到多帧波束域联合而成的高维空间以增加其空域稀疏性,并对散射场景的稀疏性进行统计建模。最后基于贝叶斯理论,将前视条件下的雷达成像转化为贝叶斯准则下的优化问题,并通过共轭梯度算法进行优化求解。在优化求解时,稀疏统计参数从数据迭代过程中估计得到。仿真结果和实测数据表明该方法不仅可以对前视场景进行高分辨成像,还可以抑制虚假散射点。     

前视阵列SAR回波稀疏采样及其三维成像方法

针对高分辨前视阵列SAR三维成像系统面临的距离采样率高和回波数据量大的问题,本文利用地面散射源在三维空间中的稀疏性,提出距离频域和沿航向时域二维稀疏采样并稀疏重构地面三维图像的方法.从前视阵列SAR角度观察三维地面,地面散射源在距离向和沿航向二维空间中是稀疏的,在该二维方向上联合稀疏采样有望实现最佳的稀疏采样效果.为避免距离向时域稀疏采样造成的三维成像复杂化,提出利用子脉冲结合距离频域稀疏采样的方法来实现距离向稀疏采样.同时,结合地面散射源连续性特点,提出低信噪比情况下稳健的信号重构方法.与传统三维匹配滤波成像方法相比,本方法降低了距离采样率和回波数据量,并直接重构地面散射源信息以实现三维成像.     

大视场微球透镜超分辨显微成像技术的研究进展

光学显微镜是人类探索微观世界的重要工具,在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域发挥重要作用。由于衍射极限的存在,发展更高质量、更高空间分辨率的超分辨光学显微成像技术成为当下研究的前沿热点。基于微球透镜的超分辨显微成像技术有着易于实现、简单直接和免标记的显著优点,发展潜力巨大。但是单个微球的视野有限,且难以进行精确定位。提高微球的可操控性,拓展超分辨显微成像视场的范围,已成为该技术突破发展的核心关键。文中在介绍微球超分辨的成像原理,分析影响成像质量主要因素的基础上,重点总结了国内外团队在拓展微球透镜超分辨显微成像视场方面的最新研究进展。根据微球的操控方式,将研究工作总结为机械接触控制、微球辅助增强层、非接触控制和微球物镜一体化四类进行介绍,探讨其技术特点,并对大视场成像、图像拼接等面向视场拓展的图像处理技术进行论述。最后,提出微球透镜超分辨显微成像技术亟待解决的关键问题、存在的难点与挑战,以及未来开展研究工作的突破点,展望了该技术的发展与应用拓展方向。     

基于阵列雷达扫描的正则化前视成像方法

针对机载雷达前视超分辨成像的问题,结合实波束扫描模式下的解卷积超分辨算法和阵列雷达方位超分辨的特点,提出一种基于阵列雷达扫描的正则化前视成像方法。根据阵列雷达各阵元接收信号的特征构建了相应的复解卷积前视成像模型,在场景稀疏的条件下改进了基于正则化的L1范数平滑逼近算法,实现对雷达回波幅值和相位信息的联合利用。仿真验证了算法的有效性并分析了噪声和阵列规模对成像结果的影响,结果表明该方法能够有效实现雷达前视超分辨成像。     

基于LFMIGW的机载SAR前视成像研究

线性调频连续波(LFMCW)合成孔径雷达(SAR)收发隔离无法解决,用于前视成像时工作模式受到限制,跨航向分辨特性受到制约.针对这一问题,提出了基于线性调频中断连续波(LFMICW)的机载SAR前视成像.根据LFMICW原理论证了LFMICW SAR前视工作模式.在前视LFMICW SAR信号建模基础上分析了信号特性,...     

改进的机载阵列调频连续波合成孔径雷达前视成像方法

机载阵列前视合成孔径雷达(SAR)信号模型中忽略载机速度会影响成像。针对该问题,在调频连续波(FMCW)SAR信号模型中考虑了载机速度,分析了载机速度的影响和载机连续运动引入的多普勒频率偏移的特点,结合Frequency Scaling算法,研究了机载阵列FMCW SAR前视成像。成像仿真和性能参数分析表明:改进方法可精确实现载机运动条件下的FMCW SAR前视成像。     

基于二次相位超表面的大视场紧凑型全Stokes偏振测量方法

偏振是光的固有属性之一,然而传统的光强、光谱探测技术会造成电磁波的偏振信息的丢失。同时,基于偏振测量的器件及技术不仅存在视场局限的问题,而且系统复杂。基于介质型超表面设计了一种紧凑型大视场偏振探测器件,实现了对入射光的角度及偏振态的探测。该器件由2×2的二次相位超表面组成,每个超表面可实现对特定偏振的对称性变换,即将入射角旋转对称性转变为焦平面内焦点平移对称性。二次相位的对称性变换理论使得此文可以在宽角度范围内（-40°~+40°）通过测量焦点的偏移量实现对入射角的表征。在此基础上,分析了斜入射对测量Stokes参数的影响,得到矫正的Stokes公式。利用4个焦点的强度和矫正的Stokes公式可计算出入射光的Stokes参数。在视场角为0°、20°、40°时,测量的Stokes参数与理论值吻合良好。     

基于数字波束锐化的高速前视合成孔径雷达成像算法

针对目前前视合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像算法都基于平台前向运动速度较低,无法应用于高速运动平台的问题,以单发多收的机载前视SAR系统为研究对象,分析了高速前视SAR的空间几何模型和回波信号模型,提出了一种适合于高速前视SAR的多普勒波束锐化（Digital Beam Sharpening,DBS）成像算法.同时,为了解决高速运动带来的成像模糊问题,提出了相应的距离徙动校正方案,显著提高了DBS算法的成像质量.最后,模拟了点目标阵列的前视SAR回波数据,并利用所提出的算法进行了成像.成像结果验证了算法的有效性.     

基于MLBF的毫米波双站SAR前视Omega-k成像算法

结合毫米波体制和双站毫米波合成孔径雷达(SAR)前视成像技术,开展毫米波双站SAR前视成像算法的研究.在双站SAR前视成像系统中,较大的前视角引入了多普勒质心偏移和严重的距离徙动,因此普通双站SAR的成像算法无法直接移植到双站SAR前视成像中.针对以上问题,论文首先提出了一种基于瞬时多普勒分析的改进Loffeld's Bistatic Formula(MLBF)二维频谱求解方法,相比于现有方法,该方法能更准确的得到双站SAR前视回波信号的二维频谱.在此基础上又推导出了适用于毫米波双站SAR前视成像的Omega-k算法;最后通过仿真实验,验证了提出算法的有效性和优越性.     

基于超表面的超薄隐身器件

隐身是人类自古以来的美妙幻想和愿望。近年来,随着人工微结构超构材料领域的不断发展,隐身具备了坚实的科学理论基础和实现条件。早期的隐身设计大多数是基于变换光学原理,科学家们利用超构材料实现了渐变的折射率并在多个频段实现了隐身现象。然而,变换光学隐身器件通常具有较大的尺寸且不易制备,这极大地限制了隐身器件的应用和发展。近年来,超表面作为超构材料的二维对应物,由于其轻薄特性、制备容易、以及强大的电磁波调控能力吸引了人们广泛的关注和研究兴趣。利用超表面实现的超薄隐身器件有望解除传统隐身器件对大尺寸和极端参数材料的依赖,进一步推动了隐身领域的发展,并使隐身器件迈向实际应用。文中对近年来基于超表面的超薄隐身器件的相关研究进行了简要的回顾,着重介绍了其隐身原理,实现方法以及优劣势,最后对领域发展前景和方向提出了一些建议。     

一种正前视宽扇区高分辨雷达扫描成像方法

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）只有照射到飞行方向左、右两侧的感兴趣成像区域时才能处理出高分辨率SAR图像,飞行方向正前方的成像区域就成为了SAR成像的固有盲区。三通道（和、方位差、俯仰差）毫米波单脉冲成像雷达能够实现对正前视场景的二维成像,获取单脉冲图像。提出对SAR/单脉冲图像进行图像配准和融合拼接的方法：首先利用多尺度多方向二维Gabor滤波器组分别对SAR/单脉冲图像进行特征提取,然后对两组特征矩阵进行归一化互相关匹配,对匹配好的图像进行像素级融合处理,得到完整的正前视宽扇区高分辨雷达图像。试验数据成像处理结果表明,所提复合成像算法能够对飞行正前方宽扇区范围内进行高分辨成像,有效解决了工程实际中碰到的正前视高分辨成像盲区的难题,对于前视雷达成像侦察、弹载雷达目标区域景象匹配、飞行器夜航、盲降等具有一定的工程实际意义。     

多输入多输出阵列的机载前视雷达成像算法

机载前视成像有着很多潜在的应用,如在能见度很低的天气实现飞机的导航和盲降等.针对一种基于多输入多输出布阵的机载前视成像系统,通过结合调频变标算法和波束形成技术,推导出了适用于该机载前视成像雷达系统的成像算法,根据实际的飞行参数进行仿真实验.仿真结果表明:该算法可以对目标场景进行精确的成像;该系统与普通线阵前视合成孔径雷达相比,不仅避开了须求高重复脉冲周期的问题,也大大减少了天线阵列中使用的阵元数.     

基于小尺寸靶标组合的大视场摄像机标定方法

摄像机标定是计算机视觉中的一个重要过程。大视 场摄像机标定中,大尺寸靶标加工困难,而使 用单一小靶标只能得到局部最优解。本文针对这一问题,提出一种基于小尺寸靶标组合的 大视场摄像机标定方法。利用摄像机多项式投影模型,通过差分式求解方法将各个小尺寸靶 标组合成一个大尺寸靶标,然后使 用大尺寸靶标对大视场摄像机进行精确标定;在小尺寸靶标组合过程中,为了消除 利用差分式方 法进行求解时各个小尺寸靶标间只能平移、不能旋转的安放限制,提出了一种基于交比不变 性的直线夹角 求解方法,并设计了相应的复合靶标,提高了方法的灵活性。仿真和实际的实验结果表明, 本文所提方法能够实现对大视场摄像机的精确标定。