合成孔径微波辐射计成像模拟与结果分析

在分析合成孔径微波辐地成像理论的基础上，发展了一个切合实际的成像模拟系统，     

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率.为解决这一问题,提出一种新体制雷达--逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像.分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案.仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像.     

毫米波焦平面陈列成像系统特性分析

近年来，随着单片毫米波集成电路（ＭＭＩＣ）技术的迅速发展，焦平面了由陈列接收机开始在被动毫米波成像系统中应用。该文介绍典型的毫米波焦平面陈列接收机，并进一步分析混频式和直接检波式辐射计接收机特性。混频式接收机的中频放大比较容易实现，而直接检波式辐射计具有更好的灵敏度。同时详细讨论了焦平面陈列成像系统的信噪比特性。该文的分析结果有利于毫米波焦平面陈列成像系统的设计及其性能评估。     

天基合成孔径系统的光学特性

针对国内外天基合成孔径系统光学特性研究中忽略轨道运动规律的问题,该文开展了基于轨道运动学规律的天基合成孔径构型设计和光学特性研究。通过对星间相对运动方程解析解的分析,设计了同轨道面和不同轨道面两种不同构型的天基合成孔径系统方案,并进行了对比分析。结合具体构型,通过对基线覆盖率和调制传递函数(MTF)两个核心光学性能的研究,提出了旋转分时成像方法解决稀疏孔径MTF分布缺陷问题。仿真结果显示:通过"4个子卫星+1个主卫星"构型10次旋转成像叠加,可以实现某些光学特性与同等尺度单孔望远镜等效的目标。该方法有效解决了传递函数分布问题,在理论上实现了天基合成孔径等效成像。     

毫米波焦平面阵列成像系统特性分析

近年来,随着单片毫米波集成电路（ＭＭＩＣ）技术的迅速发展,焦平面阵列接收机开始在被动毫米波成像系统中应用。该文介绍典型的毫米波焦平面阵列接收机,并进一步分析混频式和直接检波式辐射计接收机特性。混频式接收机的中频放大比较容易实现,而直接检波式辐射计具有更好的灵敏度。同时详细讨论焦平面阵列成像系统的信噪比特性。该文的分析结果有利于毫米波焦平面阵列成像系统的设计及其性能评估。     

合成发射孔径超声成像系统的仿真

以提高超声成像系统帧率为目标,讨论了一种新的合成孔径成像方法,即合成发射孔径成像方法。给出了该方法的原理,利用美国密歇根大学生物医学超声实验室提供的实验数据,在分析和仿真的基础上,讨论了合成发射孔径成像方法的性能。结果表明,合成发射孔径方法在提高成像帧率的同时,能保证图像的质量。     

基于FPGA的合成孔径超声成像波束合成设计

合成孔径超声成像,因其可以利用少量超声传感器得到高分辨率及高对比度超声图像而成为现代数字医学超声成像常采用的方法.传统合成孔径方法的复杂性限制了实时成像系统的成像速度.对比传统的定制目标区域及非均匀采样的成像方法,利用高速数字电路设计出了应用于多阵元合成孔径超声成像系统的均匀采样波束合成算法,并利用现场可编程门阵列(FPGA)技术进行硬件实现.使用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C8Q208C8芯片,利用同步动态随机存储器(SDRAM)存储回波数据,数据经延时叠加及加权处理后通过USB送入PC端成像.系统测试结果表明:采用流水线结构及并行数字电路,FPGA可以在高速时钟下完成合成孔径超声成像的波束合成算法,结果精确高效,可以运用于实时成像系统.     

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

机载综合孔径辐射计用于目标探测的性能分析

探讨了机载综合孔径辐射计的技术参数与探测目标的最大探测距离之间的关系,推导了综合孔径辐射计微波辐射图像对比度的计算公式,给出了综合孔径辐射计探测目标最大距离的计算方法,研究了积分时间累积对探测距离的影响.以T型天线阵列为例,对机载综合孔径辐射计探测亮度温度对比度为200 K左右的金属目标的性能进行了分析,计算结果表明:该机载综合孔径辐射计能够以150 m/s的飞行速度探测到距离10 km远处半径为4 m的金属圆目标.     

热成像系统最佳角放大率的研究

根据眼－脑视觉理论，研究了热成像系统角放大率。结果表明：热成像系统存在在最佳角放大率。给出了最佳放大率的确定方法；讨论了电视型热成像系统的最佳观察距离。所得结果可用于热成像系统性能分析和系统总体设计以及夜视系统的人机工程设计等。     

基于重叠因子的激光主动成像系统参数分析

重叠因子是分析成像系统收发视场匹配的重要参数。介绍了选通型激光主动成像系统的工作原理,定性分析了系统成像性能与重叠因子的关系。将重叠因子引入了系统的分析设计中。从实际出发,分析计算重叠因子与系统发散角、视场角等参数的关系。结果表明利用重叠因子分析和设计系统发散角等参数的方法是可行的。     

基于LabVIEW的红外场景生成器最小可分辨温差测试

为了测试红外场景生成器的性能,建立了红外场景生成器最小可分辨温差的理论模型,分析了测试原理,设计了场景生成器的最小可分辨温差测试系统.该系统产生标准测试图案,通过改变不同空间频率下图案中杆形目标与背景之间的温度差,用扫描辐射计测量图案的温度分布,直到测出在某一个空间频率下对比度小于20%的杆形目标和背景的温度差,此即为该空间频率下的最小可分辨温差.根据最小可分辨温差随空间频率变化的曲线可以确定红外场景生成器最小可分辨温差特性.实验结果表明,该系统能够实现对红外场景模拟系统最小可分辨温差的测试,具有操作方便、性能可靠、可维修性好及人机界面友好等特点.     

248 nm Krf激光投影成像系统设计与参数分析

对用于需要微米级线宽的平板显示器件、光电子与微电子产品等工业化生产中的激光投影成像(LPI)装置中的激光投影系统和激光照明系统的关键技术参数进行了分析.以248nmKrF深紫外激光作为光源,在装置整体性能设计要求下,理论推导和分析了符合实际场景的关键技术参数,包括分辨率、焦深、激光光源、曝光时间.得到了相关的具有一定参考价值的结论.     

基于自然背景的热成像系统信息量评价模型

通常MRTD-CW模型用于评价热成像系统综合性能,但不能评价自然背景对系统性能的影响. 比对TTP模型,对 MRTD-CW模型进行修正,引入自然背景参量,建立基于自然背景的热成像系统综合性能信息量评价模型,以典型场景为例用噪声均方差计算法则给出了自然背景参量的计算方法. 含自然背景噪声参量的MRTD-CW模型能计算出不同实验场景热成像系统获得的目标综合信息量,进一步确定的热成像系统最佳角放大率与TTP模型计算值非常接近. 实验结果证明引入自然背景参量的MRTD-CW模型能有效评价自然背景对热成像系统综合性能的影响.      

全极化综合孔径微波辐射计全极化亮温的重构

为了获取全极化信息和降低重构误差,提出了一种改进的全极化重构算法应用于全极化综合孔径微波辐射计,并分析了交叉极化对全极化亮温各分量的影响程度.仿真结果表明,与传统算法相比,改进的全极化重构算法能够有效降低图像重构误差,获取高精确度的全极化亮温数据以满足测量土壤湿度、海表面盐度、海表面风矢量等应用需求.      

星载微波辐射计遥感大气温度廓线的数值模拟

为了充分了解微波被动遥感大气温度廓线的能力,为星载微波辐射计研制及今后的资料解释提供必要的技术基础,开展了采用50～60 GHz氧气吸收带内的7个通道反演大气温度廓线的数值模拟研究.利用微波辐射传输模型模拟了微波辐射计各通道亮度温度,在此基础上建立了大气温度廓线的统计反演方案.统计反演的数值试验表明,50～60 GHz微波通道对大气温度廓线有一定的遥感反演能力.     

基于MRTD和MTF的热成像系统综合性能评价方法的对比

在最小可分率温差(MRTD)信道宽度的热成像和调制传递函数(MTF)信道宽度的光电成像系统性能评价方法的基础上,通过实际热成像系统性能的理论模拟和实际观测试验,对比分析了两种方法对于评价热成像系统综合性能的一致性及系统主要参数变化对匹配效率的影响. 两种方法描述的系统最佳放大率与实际情况一致,且基于MRTD信道宽度的热成像系统性能评价方法与实际观察具有更好的一致性,适合热成像系统综合性能的评价. 结果表明,该方法对于研究光电成像系统的优化设计具有理论意义.     

采样成像系统中的欠采样噪声分析

在分析欠采样噪声机理的基础上，针对大多数采样成像设备中存在的带内和带外的欠采样噪声，使设备性能下降的问题，建立了欠采样噪声的数学模型和应用分析模型。研究了图像捕捉系统中，欠采样噪声与系统设计参数的关系，给出计算机仿真结果。讨论了消除欠采样噪声的途径。     

水下光电成像探测系统的性能建模分析

分析并讨论了水下光电成像探测系统设计应考虑的几个问题,包括系统设计的性能参数、系统中的信号模型和成像系统性能评估模型.考虑发射系统和接受系统间的距离,建立了激光水下光电成像探测系统的一般理论模型;推导了信号辐射、后向散射、前向散射的计算方法;给出了考虑前向散射和背向散射作用下的成像对比度计算方法;最后导出了水下成像系统的作用距离方程.     

Schmidt和Angel结构的龙虾眼X射线成像系统性能对比研究

Schmidt型和Angel型的X射线成像系统通过仿生龙虾眼睛微通道结构实现全反射聚焦成像,相比传统的X射线成像方式,具有大视场、高空间分辨率和能量获取能力。研究两个龙虾眼基础结构模型,根据X射线掠入射反射理论,分析对比了Angel和Schmidt结构光线入射焦面时的分布和空间分辨率,并用tracepro软件建立模型仿真验证了两种结构龙虾眼在聚焦和成像时的接收光/发射光、最大值/十字臂、最大值/本底、十字臂/本底多个性能参数。理论分析和仿真结果表明,当龙虾眼透镜焦距较长和通道长宽比大约为50时,由于多次反射时的聚焦及成像,Schmidt模型比Angel模型的信噪比等主要参数高,空间分辨率低;当龙虾眼透镜焦距较短和通道长宽比大约为10时,由于单次反射时的聚焦及成像,Schmidt模型比Angel模型的信噪比等主要参数低,空间分辨率几乎一样。