基于刃边法的航天光学遥感器在轨MTF测试研究

调制传递函数（MTF,Modulation Transfer Function）在轨测试是监测航天光学遥感器在轨运行性能的重要指标。准确把握遥感成像系统MTF在运行过程中的变化,关系到遥感数据资源的合理及有效利用。文章对刃边法测试MTF的原理及仿真算法进行了阐述,重点对刃边倾角、辐射定标和刃边图像的对比度对MTF测试精度的影响进行了仿真分析。     

基于月球观测的"高分四号"卫星相机在轨MTF测试

针对"高分四号"(GF-4)卫星在轨调制传递函数(MTF)测试,提出了一种从月球观测试验获得的月球图像中提取刃边目标进行计算的方法。月球表面与宇宙暗背景形成的对比强烈的刃边特征是比较理想的阶跃函数。倾斜刃边法是基于阶跃函数开发的MTF测试方法,在航天光学遥感领域得到了广泛应用。文章对倾斜刃边法进行改进,将月球边缘近似为圆处理,利用一阶梯度算子(Sobel operator)提取圆形刃边,开发适用于圆形刃边的MTF算法。将改进后的算法应用于GF-4卫星对月图像,获取在轨MTF,并与实验室测量结果进行了对比:在B2～B5谱段,测试结果均值与地面测试结果分别相差5.6%、3.7%、11.1%、2.5%。在此基础上,对误差来源、测量结果的差异性进行了分析说明。     

超模式斜采样遥感图像超分辨复原方法

超模式斜采样成像技术通过将两排探测器阵列倾斜成像提高相机空间分辨率。由于不满足香农采样定理．图像中出现混叠。为了降低混叠对遥感图像超分辨复原的影响,文章提出了一种结合最佳倒易晶胞的超分辨复原方法。该方法根据超模式斜采样频域对偶网格建立相应的混叠模型．通过权重函数衡量噪声和混叠在频谱中的分布,得到噪声、混叠最小最佳倒易晶胞;并基于Huber—MRF（Markov Random Field）图像先验模型建立了耦合最佳倒易晶胞的MAP（Maximuma Posterior）超分辨复原模型。实验表明,该方法降低了超模式斜采样成像中混叠对复原的影响,获得了良好的超分辨复原效果。     

高精度频率分辨在振动信号辨识中的应用

发动机振动信号处理通常采用DASP软件进行。由于软件功能限制,DASP处理采样频率为50 kHz发动机振动信号时,频谱的频率分辨率最高精度仅为12.2 Hz,导致对微弱及故障信号的辨识较为困难。本文采用抗混叠低通滤波、信号抽取及短时傅里叶变换相结合的信号分析方法,有效提高了频率分辨率的精度,最高精度达到1.2 Hz,达到了理想的频率辨识效果。     

基于刃边法的星载相机在轨MTF测量精度分析

调制传递函数(MTF)反映可见光对地遥感系统在对地物成像过程中信号的扩散与削弱程度,是表达系统辐射性能的重要指标.文章对星载可见光CCD相机在轨MTF主要测量方法进行比对分析,通过数据仿真,重点对随机噪声、边缘探测与拟合等主要影响刃边法精度的因素进行了分析.分析结果表明,计算所用刃边法能够较准确地计算可见光遥感系统的M...     

光学采样成像系统传递函数补偿的仿真研究

简要概述了光学采样成像系统组成及调制传递函数补偿(MTFC)概念;采用计算机仿真的方法模拟成像链路,MTFC是成像链路的一个重要环节,通过改变成像链路中的参数,研究链路中的混叠、光学遥感器噪声、量化、有损压缩对MTFC的影响。     

基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法

方位向DPCA多通道技术能够提高星载TOPSAR模式的方位分辨率,但TOPSAR回波信号的场景多普勒频谱混叠和方位非均匀采样给多通道TOPSAR成像带来了困难。针对这个问题,提出了一种基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法。该方法通过调整方位向发射/接收子孔径的等效相位中心位置,使等效相位中心分布基本满足均匀采样的要求,同时利用复制拼接的方法解决了TOPSAR多普勒频谱混叠问题,最后利用改进的SPECAN算法完成聚焦成像。该成像方法避免了方位向多通道非均匀采样信号的重构操作,同时复制拼接操作和改进的SPECAN算法避免了方位向数据分块操作和方位时域的扩展。点目标和分布目标的仿真结果验证了提出的成像方法。     

基于预估点扩展函数的光学遥感图像去模糊研究

为使航天相机获得的遥感图像的视觉质量更佳,提出了一种有效而稳定的基于估算点扩展函数(PSF)的遥感图像快速复原方法。先用改进的刃边法快速估算PSF尺寸和形状,用直接边缘检测法处理,由自适应阈值算法抑制噪声产生的波动,有效减小了PSF估算的存储与时间开销。再基于预估的PSF,用非盲反卷积复原算法复原图像,通过带权补偿去模糊算法由正则化反卷积和高频补偿,有效抑制源于PSF估算误差的振铃现象。根据视觉效果和客观评价指标对该复原方法与经典算法的效果进行了比较,结果表明:该法在存在噪声和点扩展函数估计误差的影响时仍有良好的鲁棒性,图像质量提高幅度大,速度快,可行性高,已成功用于浦江一号(PJ-1)卫星的遥感图像处理。     

一种同频非合作航天器通信信号的盲源分离算法

针对频谱混叠的同频非合作航天器通信信号分离问题,研究了盲源分离技术,提出一种以立方函数作为非线性函数的盲源分离改进算法。在介绍盲源分离模型的基础上,依据通信信号的亚高斯性,对快速独立分量分析(FastICA)算法的非线性函数作适应性改进,提升了算法的性能。选用8FSK、BPSK、QPSK和频谱混叠的通信信号与单音干扰信号进行混合,仿真并对比分析了4种应用不同非线性函数的FastICA算法。500次的仿真结果表明:应用立方函数的FastICA算法的分离成功率达到100%,平均迭代次数约为25,性能指数均值为0.115 7,具有更优的效能,可很好地解决非合作航天器通信信号的分离问题。     

激光等离子体天线的电磁散射分析

根据激光等离子体天线工作原理给出了电磁分析模型,以电场作为未知函数建立了频域体积分-微分方程,用脉冲基函数和点匹配函数的矩量法（MOM）将之转为线性代数方程组。求解中应用快速傅里叶变换（FFT）和共轭梯度法（CGM）,以降低所需计算机内存和减少CPU计算时间。算例表明：该法计算的结果与Mie级数解析解和其他文献结果吻合较好。     

用于相位保存扫描模式SAR成像的基于SPECAN法的Chirp z变换

推导了扫描模式合成孔径雷达（ScanSAR）的时域图像脉冲响应，着重进行了相位分析。相位对某些应用（尤其是对干涉ScnSAR系统）很重要。提出了一种新的、用于ScanSAR数据相位保存方位聚集的算法，它扩展的基本的谱分析方法。文中提出的算法通过在频谱分析中采用适当的Chirp z变换替代标准傅里叶变换，避免了获得恒定方位像素间隔所需的内插步骤。讨论了改进型谱分析算法与标准距离－多谱勒方法之间的关系。为了验证文中的理论，针对实际数据和模拟数据进行了实验。     

FTS干涉信号延时补偿算法的仿真分析

基于干涉分光原理的傅里叶变换光谱仪通过将激光信号作为采样参考信号对干涉信号进行等光程差采样,然而动镜扫描不稳以及后续焦平面电路的差异会造成干涉信号与激光参考信号之间存在相对延时,导致数据的非同步性。随着多元探测器技术的快速发展,探测器信号路数急速扩展,目前广泛采用添加延时线的延时补偿方法需要大量硬件配置将不再适用。文章针对该问题提出一种延时补偿的软件实现方法,利用通过建模仿真得到的干涉数据完善了激光信号过零点获取、干涉数据重构等算法,并通过MATLAB进行了补偿原理的仿真分析。结果表明:通过该算法对干涉信号进行延时匹配重采样,可以将相对延时补偿到1μs以内,光谱复原度高于99%,可较好抑制动镜扫描不稳带来的光程差采样误差。用于高光谱遥感的后期数据处理,可有效提高光谱复原精度。     

动量轮微振动扰振频谱对三反同轴相机的影响

随着遥感卫星分辨率的不断提高,动量轮扰振对遥感成像的影响逐渐成为卫星总体设计时需要关注的问题。目前对动量轮微振动的研究多侧重于时域分析,经常把卫星平台和载荷分立开来单独研究。鉴于平台和相机之间具有耦合作用,分立研究会带来较大误差。动量轮的输出响应并不是一个单一频率的时域信号,不同频谱对相机的影响不同,频谱分析往往更能反映问题。文章联合卫星平台和相机进行整星建模,分析了微振动扰振从动量轮处传递到相机光学元件的频谱特征,得到动量轮扰振不同频谱对相机造成的具体影响。分析结果显示,低于相机基频的动量轮扰振频谱造成相机光轴晃动,相机特征频率区间的扰振频谱不仅会放大光轴晃动,还会造成相机内部的光学元件光轴不一致。最后文章定量计算比较了这两种影响带来的MTF下降。     

空间遥感相机星上图像复原系统设计

为了能够在轨、实时对空间遥感图像做增强处理,设计了一个基于现场可编程门阵列(FPGA),应用于空间遥感相机的星上实时图像复原系统,实现在轨实时处理遥感图像,增强图像清晰度并有效抑制噪声。图像复原系统采用模块化设计,调制传递函数(MTF)在轨测量计算模块实现了边缘扩展函数计算、线扩展函数计算、归一化MTF计算,以及调制传递函数补偿(MTFC)参数计算与存储等功能;MTFC图像滤波抑噪算法模块实现了二维图像实时滤波以及抑制噪声功能。使用ISE软件的系统生成器模块设计了图像处理算法,简化了系统设计和验证流程。复原系统运行结果表明,图像经过实时复原处理后,图像灰度梯度、点锐度、边缘能量、方差都有大幅提高;复原后图像信噪比与原始图像相比降低很小,对于MTF的中高频域增强。图像复原系统采用模块化设计,实时复原效果好,可灵活应用于多种场合。     

快速傅里叶变换(FFT)在导弹测试系统中的应用

快速傅里叶谱分析在系统动态测试中的应用,提出了以阶跃信号为激励源,以快速傅里叶变换和阶跃型信号快速傅里叶变换的高精度算法为核心的动态测试系统,取得了预期的结果。这种与以往完全不同的测试系统,将为火箭系统分析,系统设计和动态测试提供一种精度高、适应性强、实时性好的新方法。     

星载大气监测光谱仪高精度星上定标技术

大气成分的高精度反演及应用对星载超光谱载荷的辐射精度和光谱精度均提出了更高要求,且随着遥感器运行寿命的不断延长,需建立高精度、高稳定的星上定标系统。文章介绍了一种满足大气监测光谱仪高精度定标要求的星上定标技术,结合时间调制型傅里叶变换光谱仪的技术特点,制定了星上绝对辐射定标、仪器线形函数ILS测量和光谱定标的方案。采用太阳漫反射板定标法实现全口径、全视场、全光路绝对辐射定标,定标漫反射板在光谱仪光路的最前端将太阳光谱引入,通过已知的大气层外太阳光谱照度和地面标定的漫反射板双向反射分布函数BRDF确立星上绝对辐射定标基准。设置参考漫反射板进行在轨性能衰减的监测和校正,采用的QVD漫反射板具有高稳定性,可保证全寿命周期内星上绝对辐射定标精度优于5%。星上设置单色稳频激光器对光谱仪的仪器线形函数进行定期监测,以评估光谱仪的光谱分辨率等光学性能的在轨状态。利用太阳光谱和大气光谱中的特征谱线进行在轨波长校正。     

数字信号处理中的新课题——随机参考点量化

本文综观随机参考点量化(RRQ)在数字信号处理的各个方面的应用。 文章首先回顾了关于RRQ的理论结果。然后,结合相关函数估计、随机计算、数字滤波、频谱分析、快速傅里叶变换等实际问题,指出经典方法所遇到的困难和使用RRQ方法得到的成功。其中包括在精度、带宽、稳定度、抗干扰等方面性能的改善。 文章通过RRQ理论的发展及其应用领域的不断扩大,说明RRQ是数字信号处理技术中值得深入研究的重要课题。     

基于宽带信号的高精度时差估计算法

时差估计精度直接影响测向精度,传统时差估计算法受到采样时间间隔和解模糊算法的限制,无法进一步提高精度。对于宽带信号,通过时－频关系将时差估计转换为频率估计,继而采用基于时差搜索的离散傅里叶变换算法进行时差估计,其估计精度不受采样时间间隔的限制,能够适应较低信噪比。该算法运算简单,适于工程实现,可以实时进行处理。仿真结果表明,在一定的带宽条件下,该算法能达到较高的测向精度。     

航天器中频段力学环境预示的混合线连接建模方法

针对航天器中频段的力学环境预示问题,提出了一种航天器结构混合线连接建模方法。首先应用波动理论推导了波数空间下的线连接动态刚度矩阵,然后通过构造线连接处的位移形函数,采用傅里叶变换技术建立混合线连接模型。提出了模态插值、三角波和Shannon小波三种形函数构造方法,并对三类形函数的优缺点进行了对比。典型结构的仿真结果表明,提出的混合线连接建模方法具有较好的预示精度,可应用于航天器结构的中频段的力学环境预示。     

子带自适应阵列处理的实现与性能分析

针对空频自适应滤波处理中节拍样点两端的输出信干噪比急剧下降的问题,建立了子带自适应阵列处理与空时自适应阵列处理等效关系的数学模型,指出了变换正交基函数的影响,提出利用时频分析特性优良的小波包变换取代傅立叶变换形成新的子带自适应阵列处理,减少子带间的频谱混叠,从而提高系统节拍样点两端的输出信干噪比。对基于不同窗函数的空频自适应处理和基于小波包变换的子带自适应处理进行了性能仿真,验证了小波包相对于加窗空频自适应处理的优越性。