解决二维弹性波成像中矢量情况的方法

运用结合了扩展手段的非线性对比源反演算法解决二维弹性波矢量情况的成像问题,其中采用的扩展手段为正则化方法和并行频率方法。测量二维实测弹性波数据的实验设置是多收发分置的。以矢量方式对二维实测弹性波数据的重建结果验证了扩展后对比源反演算法的有效性和精确性,是一种非常有前景的解决弹性波成像问题的处理方法。     

对比源反演算法在二维弹性波成像中的应用

采用线性算法--合成孔径聚焦算法,非线性算法--对比源反演算法和乘法正则化的对比源反演算法解决二维弹性波的逆散射问题。二维实测弹性波数据采用了多收发分置的测量方式。通过对实测数据的重建结果的展示和比较,验证了采用乘法正则化的对比源反演算法是一种解决弹性波逆散射问题的精确、有效的算法。     

机载海洋波谱仪的浅海波浪参数反演

基于机载海洋波谱仪挂飞试验获得的实测数据,研究了波谱仪的信号处理和波浪参数反演算法。首先,采用海浪谱反演算法对挂飞试验获得的波谱仪数据进行处理,成功得到了海洋波浪方向谱,并反演出了波浪相关参数;然后,利用浅海波浪模型Kadomtsev-Petviashivilli(KP)方程模拟了该海域的波浪传播,研究该海域波浪的传播特性。将波谱仪测量结果与模拟结果进行对比,结果基本一致,证明了波谱仪信号处理和波浪参数反演算法的有效性,同时也验证了波谱仪能较精确地测量海浪,为星载海洋波谱仪的研制奠定了良好的基础。     

基于散射体模型的PolInSAR数据模拟反演研究

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)测量是一种集极化雷达(PolSAR)和干涉雷达(InSAR)测量技术于一体的新的对地观测技术,利用极化干涉雷达数据提取地表植被垂直结构参数是当前极化干涉研究的热点问题.然而现在国内外适用于PolInSAR处理的数据都是重复轨道数据,其中应用广泛的是SIR-C/X-SAR数据,其成像时间在10多年前,成像区域植被高度及衰减系数大小无法考证,因此利用该数据进行反演,反演结果的精度无法验证,故有必要对极化干涉数据进行模拟来验证PolInSAR反演算法的优劣.提出了一种便于验证反演算法的基于散射体模型的PolInSAR数据模拟方法,并利用基于统计特征的反演算法验证了该数据的有效性.     

基于径向基函数的超声体数据重建仿真研究

三维超声成像技术因其重要的临床应用价值日益成为相关领域的研究热点,而三维体数据重建是其中的关键技术环节之一.一般而言,径向基函数(RBF)插值与其它插值方法相比有更高的精确度.将RBF插值应用到三维超声成像系统的体数据重建中,且通过预处理以及选取合适的径向基函数等措施,降低了方法的运算复杂度,提高了处理效率.仿真实验结果表明,该方法不仅能够获得较好的重建效果,并且减少了重建时间,使得RBF插值法在三维超声成像系统体数据重建中的应用变得更具工程实用性.     

基于长短波非线性作用的海面建模与仿真

海面建模和仿真是检验SAR成像算法和海浪谱反演算法的重要手段。当海面长波波长大于雷达距离向分辨率时,长短波间的调制作用是海面SAR成像的决定因素。针对线性模型和已有非线性模型在反映复杂海况时存在的不足,对Longuet-Higgins模型进行扩展,提出一个长波与多个短波非线性作用的深海海面模型,并进行三维数值模拟。该模型不仅易于实现,也更容易扩展到一个长波与任意多个短波非线性作用的复杂海况建模。     

主动式毫米波近距离圆柱扫描三维成像系统

针对主动式毫米波近距离圆柱扫描三维成像系统在人体安检中的应用,研究了该体制成像系统下的重构算法,给出了该系统中信号的带宽、采样准则以及在三维直角坐标系下的系统分辨率评估方法。基于微波暗室条件下获取的高质量回波数据验证了该体制成像系统理论上的正确性,并在此基础上搭建了高速的主动式毫米波近距离圆柱扫描三维成像人体安检系统,验证了该体制成像系统在人体安检领域应用的可行性和检测能力的有效性。     

多径环境下的无源分布式孔径雷达成像方法

研究多径环境下分布式孔径无源雷达成像方法,首先针对分布式孔径探测,给出一种新的无源雷达回波模型,该模型适用于复杂的多径散射环境,而且不需要已知发射源信息。然后研究一种基于二元假设检验的成像方法,依据最大信噪比原则构造检验统计量,该统计量依赖于空间位置信息,通过对成像区域中的每个位置进行检测,可实现空间分辨,获得成像结果。接着详细分析该方法在多径散射环境中的性能,并在模拟多径环境中采用地面数字电视信号对成像方法进行仿真实验验证。理论分析和实验结果表明,采用空间可分辨的检验统计量形成图像可以正确重建目标,并且可利用多径效应进行成像。     

基于改进OMP算法的稀疏目标微波关联成像方法

利用稀疏重构类方法进行雷达微波关联成像时, 传统的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)算法在每一次迭代过程中均需要求解目标函数的最小二乘解, 导致成像算法计算复杂度随矩阵规模和迭代次数增加而急剧攀升。针对此问题, 结合频率捷变思想, 提出了一种改进OMP算法的稀疏目标微波关联成像方法。首先, 阐明了微波关联成像机理, 并构建了微波关联成像信号模型; 然后, 利用共轭梯度法对OMP算法中的最小二乘求解步骤进行了改进, 并分析了改进后算法的计算量; 最后, 通过与最小二乘成像方法、匹配滤波成像方法和基于传统OMP稀疏重构的成像方法进行计算机对比仿真实验, 证明了本文算法的正确性与优越性。     

利用Wigner-Ville分布估计星载合成孔径雷达多普勒中心频率

在星载合成孔径雷达（ＳＡＲ）系统中,多普勒中心频率的精度直接影响着成像的质量。目前常用的多普勒中心频率估计方法的估计精度与目标场景的统计特性密切相关,因而在实际应用中估计方差较大。本文提出了一种基于时频分析的多普勒中心频率估计方法,并给出了处理仿真及ＥＲＳ－１实测数据的结果。结果表明这种估计方法对目标统计特性的变化不敏感,而且估计精度较高。     

基于频域稀疏压缩感知的雷达目标三维散射中心反演方法

基于平面阵列的微波天线结构可以获取多视角下的目标散射中心三维分布。针对平面阵列稀疏分布导致的目标成像及散射中心反演精度较差的问题, 设计了一种基于组合巴克码的稀疏孔径分布方式。在此基础上, 利用稀疏孔径回波和频域主成分分析得到参考复数信号。利用该参考复数信号对原始回波进行干涉处理, 获得回波频谱的稀疏表征方式。在频域建立基于压缩感知的目标散射中心三维分布模型并进行优化求解, 得到重构后的目标三维频谱, 并逆变换至空间域, 可实现目标散射中心幅度及三维位置重建。暗室试验数据处理结果表明, 所提方法在X波段和稀疏采样率为50%的条件下, 目标散射中心幅度及三维位置反演精度均优于90%。     

基于宽带二维合成孔径的三维成像算法

利用二维合成孔径并发射宽带信号,可以实现目标的距离-方位-方位三维成像,提出一种基于三维匹配滤波的高适应性三维成像算法。先选定成像焦点的位置,再根据场景参数计算出在该焦点处的回波数据,将其反转共轭充当整个目标回波的匹配函数,然后将该匹配函数与目标回波进行三维匹配滤波直接成像。该算法流程简单,适应性很强,对具有各种形状如矩形、圆形、三角形及不规则形状的二维合成孔径均适用,且在近场条件下具有比传统成像算法明显高的成像分辨率。通过详细的理论推导与典型示例证明了所提算法的有效性。     

基于反馈信道状态信息的水声自适应OFDMA

在时变水声信道中, 为了提高自适应正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)在时延反馈信道状态信息(channel state information, CSI)条件下的资源分配性能, 提出多节点反馈CSI的时隙复用接入方法, 降低反馈时延; 提出载波时-频相关系数和载波时-频均值两种反馈CSI表征参数, 通过实验数据分析了两种反馈CSI参数及其对水声自适应OFDMA性能的影响; 提出多节点公平的自适应载波、比特、功率联合分配算法, 在最大功率和节点吞吐量约束条件下最小化系统误比特率。仿真和湖上实验数据的结果显示, 所构建的水声自适应OFDMA系统在多种反馈CSI条件下误比特率均低于交织载波分配, 表明其在实际的水声信道应用中具有良好性能。     

基于数据融合的分布式综合孔径微波辐射高分辨率成像算法

为了解决大型综合孔径微波辐射计系统随着分辨率需求的提高, 天线规模和系统复杂度随之增加的难题, 提出了一种基于数据融合的分布式综合孔径微波辐射计成像算法。首先建立了数据融合模型, 其次详细地介绍了数据融合算法, 最后开展了地面验证实验, 并对实验结果进行处理。理论和实验结果均表明: 该数据融合算法是可行的, 能有效提高系统图像的分辨率; 同时为后续被动微波遥感从数据维角度提高空间分辨率提供了一种新的解决方法。     

三维粒子测速系统中遗传匹配法的设计

提出了基于遗传算法的三维粒子图像匹配方法及实际中的优化设计。该方法以视差为编码、结合SSD(sum of square difference)与SAD(sum of absolute difference)法对结果进行评估,并通过单点、多点的双交叉、变异与序列的混沌化处理达到对分析空间的搜索;最后,局部处理结合全局唯一性迭代检测进一步增加了匹配结果的可信度。利用优化前后所提算法对空间粒子图进行了对比及误差分析。结果表明:所提算法适用于粒子测速系统的立体匹配,能够给出较准确的视差信息。     

基于混合粒子群算法和快速非均匀平面波算法的介质目标反演

提出了一种重构介质目标的新方法--混合粒子群算法,研究了几何形状已知的介质目标介电参数反演、均匀介质柱的外形轮廓反演及外形轮廓与介电参数均未知时的介质目标反演三类问题。利用快速非均匀平面波算法加速矩量法求解介质目标的雷达散射截面,以介质柱体的散射场的实际测量值与迭代计算值的偏差作为目标函数,通过单纯形法和伪群交叉算法混合的粒子群算法对优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对介质目标的介电特性进行电磁成像。仿真结果表明：混合粒子群算法简单、通用,在反演过程中不用加入正则化处理以确保数值稳定性,比简单遗传算法具有更好收敛性能、更高的成像精度和抗随机噪声干扰的能力。     

基于特征增强的非均匀采样SAR三维稀疏成像

对于非均匀采样数据, 现有三维稀疏成像方法中的数据局部插值会带来误差, 且得到的分布式目标成像结果与其连续散射的本质不符。针对这些问题, 首先将成像问题直接建模为三维空间中联合的稀疏重构问题, 并通过选取候选散射中心进行字典降维; 然后, 在降维后的模型中增加三维特征增强约束项, 建立三维空间中相邻散射中心之间的联系; 最后, 结合高斯迭代法以及优化的信号处理技巧, 提出了一种高效的模型求解算法。实验结果表明, 相比于其他成像方法, 本文方法对旁瓣的抑制能力强, 成像结果分辨率高、精度高, 且保证了分布式目标成像结果的连续性。