基于压缩感知理论的雷达成像技术与应用研究进展

压缩感知理论基于信号稀疏性,将对信号采样转换为对信息自由度的采样,可大大降低采样率。而将压缩感知理论应用于雷达成像时有望在以下几个方面得到改善：增强成像性能,简化雷达硬件设计,缩短数据获取时间,减少数据量和传输量等。该文从压缩感知的稀疏性,压缩采样,无模糊重建3个关键步骤与成像雷达有机结合的角度,对近年来基于压缩感知理论的雷达成像技术研究现状进行系统综述,重点论述场景稀疏性与成像关系, 压缩采样方法(包括硬件)设计,场景图像快速高精度重建以及成像系统体制应用等方面,最后探讨了压缩感知理论应用尚需解决的问题和进一步发展方向。     

基于多普勒频偏估计的单帧图像低速运动目标检测方法

常用的图像域运动目标检测跟踪方法对虚警率较敏感,当虚警率较高时,目标检测跟踪的实时性受限。为了降低目标初始检测的虚警率,进而提高目标检测跟踪的实时性,该文提出一种基于多普勒频偏估计的单帧图像低速运动目标检测算法,通过发射多普勒不敏感的LFM脉冲对,忽略多普勒效应对成像结果的影响,但在图像域检测的同时,利用目标回波的多普勒频偏信息进行静目标和杂波亮点的剔除,基于单帧数据,减小运动目标检测的虚警率,实现单帧图像的运动目标检测,从而为目标跟踪奠定良好基础。该算法首先进行图像域的恒虚警检测,再利用宽带时域波束形成和复相关频率测量法,对检测亮点处的波束输出信号进行多普勒测频,仅通过单帧图像就可有效剔除静目标和杂波亮点。同时为了改善宽带时域波束形成的性能,利用2阶锥规划设计滤波器的系数,用9阶FIR滤波器实现了0.01倍采样点的小数时延,提高了多普勒频偏的估计精度。最后通过计算机仿真和水池试验验证了所提算法的有效性。     

星载SAR技术的现状与发展趋势

纵观星载合成孔径雷达技术的发展历程,其发展趋势已经从传统的单项技术突破转变为概念体制的更新。各种面向新型应用的新体制、新模式不断出现,推动着星载 SAR 技术蓬勃发展。该文在介绍欧美等国星载 SAR 技术发展现状的基础上,分析未来星载SAR 技术的发展趋势,重点探讨星载 SAR 技术在面向高分辨率宽覆盖对地观测、多方位角信息获取、高时相信息获取、3维地形测绘及图像质量提升等方面的发展。     

基于随机调频步进信号的高分辨ISAR成像方法

为充分利用随机调频步进逆合成孔径雷达回波所具有的联合稀疏特征,提高成像性能,该文提出一种基于分布式压缩感知理论的随机调频步进逆合成孔径雷达高分辨成像方法。首先构建随机调频步进信号回波的联合稀疏表示模型,并完成子脉冲的脉冲压缩处理;其次,基于每组子脉冲的随机方式(组与组之间的随机方式不同),构建相应的随机量测矩阵,获取回波的压缩感知信号模型,并利用分布式压缩感知理论实现距离向联合高分辨重构;最后结合回波在方位向的稀疏性,采用快速稀疏重构算法实现方位向高分辨成像。理论分析和仿真结果表明由于充分利用了随机调频步进信号回波的随机性与联合稀疏特征,所提出方法具有重构精度高、距离向采样率低、抗噪性能强等特点。     

基于二维ISAR图像序列的雷达目标三维重建方法

该文基于刚体目标3维运动过程中的几何不变性,将因子分解法引入ISAR图像处理领域,成功实现了雷达目标从2维到3维的重建。文中基于卡尔曼滤波和最邻近数据关联准则完成不同姿态下2维散射中心的关联,应用因子分解法进行目标结构的分层重建,最后给出评判准则检验重建性能。仿真实验证明,该文方法简单易行,能够有效实现单天线ISAR 3维成像。     

用于机载线阵三维SAR成像的MIMO阵列构型设计

机载线阵3维SAR成像技术在军事和民用方面都有着广泛应用,是当前雷达成像领域的研究热点。其切航迹向分辨率是利用机翼上的线阵所获取,阵列分布直接影响到成像性能。受机翼体积的限制,机载线阵3维SAR系统的阵元数有限,可以采用MIMO技术来获取更多的目标信息,提高切航迹向的空间采样能力。该文研究了机载线阵3维SAR系统的阵列设计问题,即以空间卷积原理为基础,归纳出卷积逆运算的规律,从而通过卷积逆运算求解出多组MIMO线阵设计方案,并从机载线阵3维SAR成像的需求出发,分析了各组设计方案的优缺点,为实际构建机载线阵3维SAR成像系统提供了技术支撑。     

Radiochemical Synthesis of 4-[18F]FluorobenzylAzide and Its Conjugation with EGFR-Specific Aptamers

Central nervous system tumors related to gliomas are of neuroectodermal origin and cover about 30% of all primary brain tumors. Glioma is not susceptible to any therapy and surgical attack remains one of the main approaches to its treatment. Preoperative tumor imaging methods, such as positron emission tomography (PET), are currently used to distinguish malignant tissue to increase the accuracy of glioma removal. However, PET is lacking a specific visualization of cells possessing certain molecular markers. Here, we report an application of aptamers to enhancing specificity in imaging tumor cells bearing the epidermal growth factor receptor (EGFR). Glioblastoma is characterized by increased EGFR expression, as well as mutations of this receptor associated with active division, migration, and adhesion of tumor cells. Since 2021, EGFR has been included into the WHO classification of gliomas as a molecular genetic marker. To obtain conjugates of aptamers GR20 and GOL1-specific to EGFR, a 4-[¹⁸F]fluorobenzylazide radiotracer was used as a synthon. For the production of the synthon, a method of automatic synthesis on an Eckert & Ziegler research module was adapted and modified using spirocyclic iodonium ylide as a precursor. Conjugation of 4-[¹⁸F]fluorobenzylazide and alkyne-modified aptamers was carried out using Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) with/without the TBTA ligand. As a result, it was possible to obtain ¹⁸F-labelled conjugates with 97% radiochemical purity for [¹⁸F]FB-GR20 and 98% for [¹⁸F]FB-GOL1. The obtained conjugates can be used for further studies in PET analysis on model animals with grafted glioblastoma.     

基于压缩感知的二维联合超分辨ISAR成像算法

在ISAR成像中,距离和方位分辨率分别受发射信号带宽和成像积累角的限制。基于压缩感知(CS)理论,该文提出了一种2维联合超分辨ISAR成像算法。首先建立ISAR观测信号模型并构造2维超分辨字典,然后利用ISAR图像的稀疏先验信息将2维联合超分辨成像建模为最小l1范数的优化问题,最后提出一种快速算法求解该优化问题。该方法进行距离维和方位维的联合处理,有效利用了回波数据的2维耦合信息;通过共轭梯度(CG)运算,快速傅里叶变换(FFT),Hadamard乘积等操作,有效提高了算法的实现效率。仿真和实测实验验证了该算法的有效性。     

基于幅度加权的预失真线性调频超声编码激励

为了提高医学超声成像的轴向分辨力和确保对比度,该文提出一种基于幅度加权的预失真线性调频编码新方法。该方法将线性调频发射信号幅度加权技术和回波信号旁瓣抑制技术相结合,一方面补偿超声探头对发射信号的影响,使得回波信号的带宽不局限于探头,提高轴向分辨力;另一方面消除发射信号幅频特性的菲涅耳波纹,提高发射信号的带宽并采用失配滤波器进行脉冲压缩,实现旁瓣抑制,确保成像对比度。仿真结果表明：相对恒包络线性调频编码,预失真线性调频编码方法不仅提高了轴向分辨力,而且最大旁瓣幅度减小至-48 dB以下,满足医学成像对比度要求。FieldII仿真B超图像结果表明：恒包络线性调频和预失真线性调频编码方法的轴向分辨力分别是0.35 mm和0.25 mm。     

小分子基温敏聚合物纳米粒子的制备及在近红外二区荧光成像与光热治疗中的应用

以有机小分子4,9-二(5-9H-芴-2-基-噻吩-2-基)-6',7-联苯[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹喔啉(TQF)为前驱体, 通过化学方法将其修饰为可引发可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应的小分子链转移剂TQF-苯基硫代链 转移剂（CTA）. 以TQF-CTA为链转移剂, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和 甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(OEGMA)发生RAFT聚合反应, 合成了具有良好水溶性和较低临界溶解温度(LCST)的小分子基共聚物[TQF-P(NIPAAm-co-OEGMA), TPNO]. 将其直接溶于水中可制备成温敏的球形纳米粒子 TPNO NPs. 研究结果表明, TPNO NPs在温度大于LCST(35 ℃)时表现出一个明显的粒径变化和显著的荧光 增强行为(2.2倍), 并成功实现了对活体小鼠血管与肿瘤的明亮近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光成像(FI). 同时, TPNO NPs有着良好的光热转换效率(PCE=29.8%), 通过体外细胞实验证明了其对细胞具有较好的光热治疗(PTT)效果.