红外图像探测器噪声的数值模拟方法

红外成像制导导引头上的成像器采用多元红外探测器 ,其噪声包括单个光电探测器的噪声 (例如 ,热噪声、1 /f噪声等 )和由于多元探测器之间的不均匀造成的固定图像噪声。图像噪声仿真的方法是 ,将图像划分为与探测器元一一对应的小区域 ,在显示屏幕上随机改变各个小区域的灰度等级。介绍一种随机灰度数列的生成方法 ,该随机灰度数列的概率分布规律符合红外探测器噪声的统计分布规律。这种方法主要用于模拟红外制导系统性能时给计算机生成的“目标 /背景红外图像”注入探测器噪声。     

傅里叶变换成像光谱仪CCD像元响应非均匀性校正

根据一般成像系统CCD像元响应非均匀性校正的原理与算法,通过对星载可见光干涉成像光谱仪CCD像元响应非均匀性校正的相对辐射定标原理及所获定标数据的深入分析,研究出了一种适于对可见光及红外干涉成像光谱仪系统CCD像元响应非均匀性进行校正的方法,有效解决了干涉成像光谱仪系统探测器阵列非均匀性校正这一工程技术难题,它对今后该方面的科研和技术工作具有积极的指导意义。     

红外焦平面阵列非均匀校正算法的研究

为解决固定图案噪声污染的红外焦平面图像序列的非均匀校正问题 ,文中采用时域高通滤波算法完成固定图案噪声污染图像的预处理 ,给出固定图案噪声初值 ,并结合传统的红外焦平面迭代非均匀校正算法 ,有效地解决了较高强度固定图案噪声污染图像的非均匀校正问题。与采用黑体基准获取固定图案噪声初值的方法相比 ,该算法降低了成像系统的机械复杂性 ,提高了算法的应用范围。文中最后用红外图像序列进行了验证     

基于图像熵的红外非均匀性参数化校正优选方法

针对红外图像非均匀性校正问题,文章提出了一种基于图像熵的红外图像非均匀性参数化校正优选方法。该方法首先计算输入红外图像奇像元子图和偶像元子图的熵,选择熵值大者作为基准图像;接着通过基于图像熵的非均匀性参数化校正优选处理得到校正后的基准图;最后基于线性逼近的非均匀性校正,得到输入图像校正之后的结果图像。采用真实数据与其他两种传统红外非均匀性校正方法进行试验对比分析,结果表明:该方法能够有效去除红外图像中的非均匀性条带噪声,有效保持输入图像原有信息,并获得较高品质的红外校正图像。     

基于90°旋转定标和场景校正相结合的非均匀性校正技术

非均匀性是影响红外遥感系统探测灵敏度的重要因素之一。随着红外遥感系统探测性能的提升,探测幅宽越大、辐射分辨率越高,对非均匀性要求也越高,而传统的非均匀性校正技术残差较大,难以满足要求,非均匀性已经成为限制红外系统在各领域深入应用的严重问题。针对高灵敏度长线阵推扫型海洋红外遥感系统,提出一种采用90°旋转定标(side-slither)和基于场景相结合的自适应校正技术。首先根据海洋背景红外辐射特性模型和系统响应特性,完成红外图像的仿真;通过side-slither定标技术,实现对图像的预校正以及盲元替换;根据side-slither原理,分析链路中影响校正残差的各因素,主要包括平台偏航和场景的高频动态变化,导致所有像元不能对同一辐射强度的场景成像,增大校正后图像的非均匀性残差。为进一步抑制非均匀性残差,对图像进行基于场景的自适应校正,仿真结果表明,经side-slither定标和恒定统计场景校正后,图像非均匀性残差能接近或小于时间噪声水平,满足高灵敏度探测需求,能够为后续红外弱目标的检出提供高品质图像。     

“资源一号”02E星红外相机探测器成像验证方法研究

"资源一号"02E卫星配置的红外相机采用红外探测器组件,其阵列的规模达到了8000像元。该红外探测器技术难度大,实施工艺复杂,需要突破超长线列芯片微组装技术、高性能长波材料及器件制备技术等一系列关键技术。"资源一号"02E星不具备投产验证产品进行验证的条件,因此采用一步正样的研制模式。对研制风险较大的红外相机来说,需要在方案阶段利用现有的光学系统构建实验装置,对探测器噪声等效温差、MTF等重要性能指标进行等效验证,早期发现红外探测器的不足,提升相机的定量化成像水平。文章在"委内瑞拉遥感二号"(简称"委遥二号")卫星光学系统的基础上,对该系统与02E星红外相机的差异进行了比对分析,提出了实验参数的优化更改方案。构建了以"委遥二号"相机光学系统与02E星红外探测器组成的实验验证系统,对噪声等效温差和MTF等关键指标进行了实验验证。实验表明,文章提出的实验方法具有较好的测试等效性和精度,可以用于红外探测器在方案阶段的早期指标测试验证。     

线阵CCD成像仿真研究

文章根据空间遥感用CCD(Charge-Coupled Devices)探测器的工作原理,研究了CCD成像仿真的数学模型,设计了一套完整的CCD成像模型,并研究了像元响应不一致性、电荷扩散、暗电流噪声等参数的分布特性.仿真试验表明,该模型仿真结果与实际器件的相关测量参数吻合度较高,与系统的MTF和S/R测试结果一致,准确度较高.     

漏电流对CMOS探测器成像品质的影响分析

CMOS探测器近年来在工业、民用、航天等领域得到了广泛的应用,而漏电流对CMOS探测器成像品质影响的研究却较少。文章针对CMOS探测器在低读出速率时造成图像噪声过大的原因进行了分析,发现CMOS探测器的漏电流是产生该种图像噪声主要成因,并对不同读出速率下的像质进行了试验分析。理论和试验结果表明:在较低的读出速率时,CMOS探测器的漏电流产生的噪声过大,导致图像噪声的增大,影响了像质。因此,设计CMOS相机时应重点考虑低读出速率时,CMOS探测器漏电流对像质的影响,必要时要增加缓存,以便获得更好的像质。文章将为CMOS探测器在低速读出应用、设计提供一定的参考。     

固体火箭发动机地面试验的噪声测试分析(英文)

利用噪声测试系统,对某型号固体火箭发动机地面试验所产生的噪声进行了测量,对所测得的噪声信号进行了频谱分析,提出了一种适用于固体火箭发动机试验的噪声测试方法,并介绍了该噪声测试系统的原理和各组成部分的功能.研究了固体火箭发动机地面试验噪声产生的机理及时域、频域特性,对固体火箭发动机的设计改进和地面试验的降噪措施有一定参考价值.     

深空背景下运动点目标探测距离模型研究

红外相机探测运动点目标时,探测能力主要指标为探测距离,而影响探测距离的因素很多,如光学系统工作温度、红外探测器像元尺寸、目标特性等。文章从红外相机点源目标探测基本理论出发,建立了运动点目标红外相机探测距离估算模型,分析了影响探测距离的各相关因素,为深空背景下运动点目标红外相机的指标设计提供理论参考。     

星载高光谱成像仪在轨偏航定标方法

高光谱成像仪以其纳米级光谱分辨率可同时获取地物的图像和光谱信息,辐射定标的精度是其定量化应用的关键环节,而偏航定标降低了对定标场地的选择要求,为高光谱成像仪在轨高频次定标提供了支撑。文章提出一种基于卫星平台90°偏航机动的高光谱成像仪在轨偏航定标方法,包括偏航数据的获取及数据处理、分析方法。基于资源一号02D卫星在轨数据对此方法进行了验证,结果表明:该方法对高光谱成像仪的相对辐射校正具有良好的效果,探测器所有像元相对辐射定标精度可达1%,原始图像中的条纹噪声得到很好去除。文章提出的方法可以实现高光谱成像仪的高频次、全视场相对辐射校正,为后续高光谱数据的定量化应用打下基础。     

“高分四号”卫星大面阵红外相机视频处理电路的FPGA设计

"高分四号"卫星填补了多项国内外的技术空白,其搭载的红外相机首次实现了大面阵红外探测器成像,并展示了高品质的大面阵红外成像能力。文章以高可靠性,高信噪比,小型化的大面阵红外相机视频处理电路为目标,从FPGA(Field Programmable Gate Array)设计角度给出设计思路和技术方案。首先,分析了大面阵红外探测器、设备工作环境与小型化、信号采样精度、高速串行数据传输等技术特点与难点。其次,给出设计思路和技术方案,包括使用时钟管理芯片进行时钟网络设计,提高了信号采样精度并提高了高速串行数据传输的可靠性;使用在轨信号处理实现通道不一致性校正,提高了图像的信噪比;使用电子限流器防止器件的单粒子栓锁,提高了器件的工作可靠性;使用一块FPGA实现焦面控制、信号处理、工程数据处理、外围芯片控制等全部功能,实现了设备的小型化与轻量化;地面进行了自适应像元校正与可编程盲元替换实验,为后续型号在轨应用提供了技术储备。最后,从红外相机外景成像效果可以看到,设计思路和技术方案可行且满足任务要求。     

“实践九号”A卫星光学遥感图像杂散光噪声去除

杂散光是影响卫星光学遥感图像像质的重要因素,严重时会在图像上形成明暗的杂散光条纹噪声,降低图像的对比度和清晰度。文章针对“实践九号”A（SJ-9A）卫星光学遥感图像存在的杂散光噪声现象,设计了一种基于成像载荷焦面入射杂散光空间分布特征的遥感图像杂散光条纹噪声去除方法,通过测量杂散光在推扫遥感图像上的空间分布特征,建立杂散光分布特征模型,采用分块自适应算法进行杂散光噪声滤波,消除SJ-9A遥感图像上随时空变化的杂散光条纹噪声。杂散光噪声去除后图像整体色调均匀,无条带噪声,满足CCD/TDI-CCD推扫遥感图像辐射校正精度（广义噪声）优于5%的指标要求。     

线性自抗扰控制器的噪声抑制改进研究

针对线性自抗扰控制器对噪声敏感的问题，提出了一种基于预报线性跟踪微分器的噪声抑制自抗扰控制器。首先给出了基于预报思想的线性跟踪微分器的一般形式，并分析了其频域特性；然后以航空飞行器姿态控制为例，设计了二阶预报-跟踪微分自抗扰控制器，并利用控制器疲劳度(Weariness degree)的概念，分析了噪声抑制自抗扰控制器的对噪声的抑制特性及闭环控制频域特性；最后通过飞行器硬件在环仿真(Hardware-in-the-Loop Test)对将该方法与传统惯性滤波器、线性跟踪微分器进行对比。结果表明该方法能有效抑制噪声污染对线性自抗扰控制器闭环特性的影响，降低扩张状态观测器高增益带来的噪声放大问题，增强控制器的鲁棒性，并能降低滤波带来的相位延迟，具有工程实用性。     

高轨凝视卫星基于AIS数据的海洋图像几何精校正方法

针对高轨凝视卫星存在难以选取地面控制点从而在一定程度上影响卫星性能发挥的问题,文章将连续成像的凝视卫星与船舶自动识别系统(AIS)数据有机结合起来,充分利用AIS数据定位精度高、更新频次快、与高轨凝视卫星配准性好的特点,将船舶AIS数据作为控制点对海洋区域进行几何精校正。根据海洋较地面平坦的特点,基于多项式校正法,设计了两种针对高轨凝视卫星的遥感图像校正策略,并利用高分四号卫星和商用AIS数据进行了验证比对,给出了应用建议。分析结果表明：采用AIS数据可有效提升高轨凝视卫星海洋遥感图像定位精度,可为高轨凝视卫星影像快速几何精校正策略设计提供参考。     

飞行器数字姿态控制系统频域综合

本文提出了频域Z平面直接设计方法的说明。用于设计飞行器数字姿态控制系统数字控制器。首先,讨论了五种典型的数字滤波器,它们具有特定的频域响应。然后用该方法设计一个战术弹道导弹姿态控制系统,获得了递归式——非递归式校正滤波器,它们具有满意的频域响应。     

光纤陀螺输出信号的自适应滤波

噪声是影响光纤陀螺零漂指标的主要因素。为了降低光纤陀螺输出信号中的噪声含量,提高光纤陀螺的零漂指标,本文设计了一种自适应滤波器,用于光纤陀螺输出信号的数字滤波。设计的自适应滤波器采用基于最小均方误差准则的LMS算法,该算法的滤波准则是最小均方误差,采用递推的方法实现。设计的自适应滤波算法在数字闭环光纤陀螺中进行了实验,结果表明,设计的自适应滤波器能够降低陀螺输出数据中的白噪声,有效地提高了光纤陀螺的零漂性能。     

一种频域亚像元影像匹配方法

频域相位匹配方法可以分为空域Dirac Delta函数法和频域直接求解法两类,前者一般只能达到整数像元匹配精度,而后者可实现亚像元匹配精度,但算法复杂度高,匹配可靠性较前者低。基于其各自的特点,文章将上述两类方法有机结合,提出了一种可靠、高精度的优化相位匹配法。通过对不同的混叠量、信噪比影像进行匹配实验,验证了文章提出的匹配方法对混叠具有一定的抑制能力,对噪声有较强的鲁棒性。对于纹理丰富、存在少量混叠的影像匹配误差优于1/100个像元。     

联合变换相关法测量空间相机像移的抗噪性研究

为了研究使用联合变换相关器测量空间相机像移时噪声对测量精度的影响,分别对相关器加入背景噪声和图像噪声,通过仿真得到5种不同处理方法在不同噪声水平下的测量误差,并利用搭建的实验平台验证了使用联合变换相关法测量空间相机像移的有效性。结果表明,相比于其它相关器处理方法,使用功率谱相减并以0值为阈值二值化的方法得到的像移测量精度较高,即使对于SNR=1的输入图像,在含有背景噪声时,像移测量误差不大于0.12个像元,完全满足空间相机的使用要求。     

基于多站数据融合的参数精估计方法

针对侦察设备处于星载SAR副瓣照射范围,从而导致截获信号湮没于强噪声背景这个问题,本文提出一种基于多站接收机之间的数据融合方法。在信号形式未知的情况下,通过此方法可以检测出淹没在噪声中的微弱信号,进行信号的分类和时频域参数的精估计。首先,将参考接收机与其他接收机之间进行互相关处理,得到峰值信息,根据峰值信息的位置得到信号与参考信号之间的延迟位置,进行延迟校准;其次,各个接收机分别进行粗步长的分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FrFT）,记录峰值信息为精估计做准备,根据峰值角度和分数阶傅里叶反变换恢复出原始信号;最后,判定是否存在信号,若信号存在实现多站原始信号功率比的加性融合,根据多站峰值信息限定旋转角度范围,采用精步长的分数阶傅里叶变换估计出调频率和中心频率;利用联合互相关谱实现信号能量的累积,采用自适应门线和边界波谷连续取小方法,找到信号存续状态中的左右边界,估计出带宽和中心频率,计算脉宽,实现时频域信号的精估计。仿真实验表明：该方法可以在低信噪比的高斯白噪声和有色噪声背景下,对线性调频信号（Chirp）的时频参数进行有效的精估计。