相位梯度自聚焦的离散域分析与实现

通常的自聚焦方法基于低阶相位误差模型,只能估计低阶相位误差,所以不适合高分辨力机载合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)的要求.本文研究的相位梯度自聚焦PGA(Phase Gradient Autofocus)是非模型的相位误差估计,因此对任意阶相位误差都有非常好的自聚焦性能.本文在离散时域和频域探讨和综述了PGA的有关问题及其实现方法.最后给出了PGA算法与一种基于低阶相位误差模型的mapdrift自聚焦算法比较的实验结果.      

一种基于DCT的SAR图像自聚焦算法

研究了一种基于离散余弦变换(DCT, Discrete Cosine Transform)的SAR(Synthetic Aperture Radar)图像自聚焦算法.该方法从复图像域出发,通过在距离压缩相位历史域引入相位误差模型,改变图像的聚焦程度直至一维像的DCT序列在高序数区域的权值达到最大,从而完成误差校正.同相位梯度自聚焦算法相比,该方法无需在图像域分离出强点目标,因此特别适用于无任何明显特征的图像.由于DCT存在快速算法,使得该自聚焦算法计算量较少,更易实现.实测数据及仿真数据的成像结果证明了此方法的可行性.      

单圆轨道扫描的Grangeat改进算法

为减少ICT(Industrial Computed Tomography)重建图像的伪影,研究了Grangeat精确重建算法的原理.基于平板探测器依次通过对投影数据沿行、列一阶偏微分,求Radon导以及两步反投影等步骤仿真实现了Grangeat算法.针对单圆轨道锥束扫描投影数据的不完备性,分析了Radon空间的数据缺失情况,提出了通过近邻插值、线性插值、二次三点插值和一元线性回归插值的方法对Radon空间缺失数据进行插值改进该算法的几种途径.计算机仿真结果证明了改进算法的正确性和可行性.     

基于非抽取小波包变换的信号滤波算法

对航天测控信号进行滤波处理,有利于改善信号品质,提高系统的测量性能。针对航天测控信号中的差分单程测距(DifferentialOne-wayRanging, DOR)信标信号等侧音信号,提出了基于非抽取小波包变换（Un-decimatedWaveletPacketTransform,UWPT）的滤波改进算法。该算法以功率平坦度为准则,判断某一节点是否需要继续分解。改进算法克服了以能量聚焦度为准则时算法误判停止分解或多重分解算法复杂、计算量大等的缺点,同时解决了阈值不易确定的问题。仿真结果表明改进算法在降低算法复杂度的同时,滤波性能相对有所提高。最后采用改进算法对仿真信号和在轨卫星数据进行处理,结果表明滤波后仿真信号差分相位估计精度提高约3倍、实测数据差分相位估计精度提高0.72倍。     

环扫SAR的快速聚焦成像算法

针对环扫合成孔径雷达的成像方法进行研究,分析了环扫合成孔径雷达的工作原理以及信号模型,并提出一种基于频谱分析的聚焦成像算法,该算法较好地校正了批处理数据内的距离徙动,适合对环扫SAR(Synthetic Aperture Radar)进行高精度成像处理.给出了块数据快速聚焦算法的流程图以及简单的推导过程,并在此基础上给出了环扫SAR成像处理的完整流程.较之经典多普勒波束锐化DBS(Doppler Beam Sharpening)非聚焦算法,这种聚焦算法计算量略大,但成像精度高;较之ECS(Extended Chirp Scaling)算法,虽然补偿精度稍低,但计算量大大降低.因此这种算法能够很好地用于环扫SAR高分辨率快速成像.计算机仿真结果验证本文算法的有效性.      

基于瞬时相位的BPSK信噪比估计算法

通过对加性高斯白噪声条件下正弦型信号瞬时相位分布情况进行研究,提出了一种新的BPSK(Binary Phase Shift Keying)信噪比估计方法.含噪信号瞬时相位的方差与信噪比之间存在近似线性的一一对应关系,以此为基础通过将含噪信号的估计方差与理论值相比较获得信噪比估计值.该方法直接对基带过采样信号进行处理,不需要事先进行符号定时与同步.使用计算机仿真测试了算法的估计性能,并与高阶累积量方法和子空间分解方法进行了比较,结果表明该算法具有更高的估计精度.      

基于C型臂的Tomosynthesis快速重建方法

传统的层析X射线摄影合成(Tomosynthesis)算法不适合对C型臂X射线投影进行切片重建.提出了一种改进的Tomosynthesis算法CTS (C-arm based Tomosynthesis),依据C型臂成像原理,将不同角度的X射线投影按其映射关系在三维空间内旋转-叠加来重建切片.该算法可以对等中心C型臂连续采集的一组有限角度X射线投影进行切片重建.通过计算机模拟空心球和空心圆柱模型的C型臂X射线投影,用该算法对其二维投影进行切片重建,并利用重建结果分析了CTS算法的重建精度以及抗噪声干扰能力.最后给出了将CTS算法推广到可以对非等中心C型臂进行切片重建的步骤. CTS为基于C型臂的术中三维成像提供了一种参考方法.      

基于互相关的自动聚焦方法

针对自动聚焦系统,提出了基于互相关的自动聚焦算法.分析了传统自动聚焦算法在速度和精度方面存在的不足,引入互相关原理,定义基于互相关的模板相关算法F_TC.由于选择模板图像的不同,实验的结果不同,进而导致自动聚焦分析的算法也不相同.根据模板图像和实验结果,得出该算法存在2种形式——模板相关的第1种形式和第2种形式.模板图像为聚焦前位置图像,称为模板相关的第1种形式,该形式的实验曲线是由小到大,再减小的过程;模板图像为聚焦图像时,称为模板相关的第2种形式,该形式的实验曲线是由大到最小,再增大的过程.2种形式的图像处理实验结果,与其他几种主要聚焦评价函数(平方梯度函数,Brenner函数)进行比较,结果表明该算法简单,原理容易实现,实验曲线能避免各种波动,因此基于互相关的自动聚焦算法提高了自动聚焦的精度和速度.该算法应用于微流控芯片对准装配自动聚焦系统中,取得了良好的聚焦效果.      

微波干涉仪测量羽流电子密度反演方法

利用微波干涉仪进行推进器羽流密度测量的反演方法研究.重点针对羽流等离子体密度反演的Abel逆变换数值求解,采用离散化算法、三次样条插值算法、Hankel-Fourier算法以及Nestor-Olsen算法等四种方法进行仿真分析和比较.通过对这四种方法在无噪声和有噪声两种情况下反演误差的比较,找出适用于实际干涉仪数据处理的方法;通过对采样点数和反演之间的关系分析,给出解决欠采样问题的方法和数值参考;在分析比较的基础上,总结数值处理的必要步骤.利用模拟实验测试数据进行验证并对反演结果进行分析.      

chirp-scaling算法中运动补偿问题研究

由于避免了插值计算,在大前视角和大范围成像时,chirp-scaling算法(CSA)的性能优于距离-多普勒算法(RDA).自聚焦算法在SAR成像处理中通常是必不可少的,但是现有的自聚焦算法几乎都是与RDA相结合的.本文提出了能够将自聚焦算法与CSA相结合的方法,使得CSA更具有实用性.本文同时也提出了将基于运动传感器的运动补偿和基于雷达数据的自聚焦算法与CSA结合的方法.该方法非常适合于高分辨率机载SAR成像处理.      

基于图像分析的显微视觉自动聚焦系统

开发了用于显微视觉对准装配的自动聚焦系统.系统采用基于图像空域分析的聚焦方式.首先通过对比,选择计算量最小的y向一阶差分算子作为系统的聚焦测度;然后通过合理选择聚焦窗口,优化了聚焦效果;最后提出一种不同于通常爬山法的自动聚焦策略,实现该方法的核心是建立聚焦函数与离焦量之间的函数关系,本系统采用3次样条插值估算未测聚焦函数值的办法构建了这种函数关系.应用结果表明该系统自动聚焦的准确性与实时性满足要求.     

前馈神经网络的一种简单共轭梯度学习算法

针对前馈神经网络学习误差函数维数高、计算复杂度大的特点,对梯度下降BP算法加以改进从而构造出一种简单共轭梯度下降算法(MPARTAN算法).该算法计算复杂度不高于动量BP算法, 与FR共轭梯度法相比,该算法的稳定性好,又具有共轭梯度法的优点,收敛速度快.文中给出了该算法的收敛定理,并用2个实验例子比较了动量BP算法、FR共轭梯度法和MPARTAN算法的计算结果.     

大斜视直升机载太赫兹ViSAR振动补偿成像算法

太赫兹视频合成孔径雷达（ViSAR）载波波长短,直升机载平台的微小高频振动将引起回波信号相位的显著变化,进而严重恶化ViSAR的成像性能。本文在建立斜视ViSAR平台振动成像几何模型的基础上,提出了大斜视模式下的振动相位误差补偿成像算法。该算法结合运动补偿原理,将斜视成像侧视化处理,然后采用改进的多普勒Keystone变换方法在二维频域校正由平台振动引起的距离单元徙动,最终在距离多普勒域实现振动相位误差补偿。仿真结果验证了该算法的有效性。      

基于LM优化算法的神经网络在航空发动机转子故障诊断中的应用

针对传统BP算法存在的收敛速度慢以及容易陷入局部最小点等问题,给出了两种改进BP算法:LM(Levenberg-Marquardt)优化算法和SCG(Scaled Conjugate Gradient)算法,应用这两种算法对航空发动机转子故障进行诊断研究,比较它们之间的研究结果,仿真和实验表明LM优化算法比SCG算法具有更高的准确度和较快的收敛速度,可行性更强。     

用真实IMU/GPS数据进行机载SAR运动补偿处理

分析了机载SAR(Synthetic Aperture Radar)条带成像模式的运动补偿技术原理,通过对激光IMU/GPS(Inertial Measurement Units/Global Positioning System)组合提供的位置参数进行分析,表明Y12载机平台具有很大的运动误差,在此基础上利用高精度激光IMU/GPS组合提供的天线相位中心精确位置参数,结合距离-多普勒成像算法进行了机载SAR数据的运动补偿处理,试验表明利用此IMU/GPS提供的运动参数进行对具有很大运动误差的SAR数据运动补偿后,已不需要计算负担沉重的自聚焦类算法进行残留运动误差补偿,就能得到高质量的高分辨率SAR图像.     

基于Pareto遗传算法的复合材料机翼优化设计

针对某型飞机设计过程中遇到的副翼反效问题,提出了复合材料机翼满足气动弹性要求的优 化方法,构造了一种基于Pareto最优解定义的多目标遗传算法——Pareto遗传算法.该算法 以权重信息为基础建立Pareto解集过滤器,引入小生境技术等实现Pareto前沿面的求解.测 试函数计算表明该算法有较好的收敛性.以复合材料机翼的升力系数和滚转力矩系数为目标 函数,采用Pareto遗传算法进行计算得出一组Pareto最优解集,计算结果表明,给出的方案 能够满足工程需求,为决策者提供了多种可选方案.