连续场景的稀疏阵列SAR侧视三维成像研究

合成孔径雷达的回波数据和图像数据都是复数,由于各个分辨单元散射点的初始相位是随机的,致使连续变化地物场景的信号带宽较大,传统的单天线SAR很难实现空间稀疏降采样。该文采用交轨向多天线观测结构,分析了交轨向稀疏阵列SAR的成像模型,首次提出利用信号重构方法,去除散射点随机初相位,降低复信号带宽,以较大间隔的空间稀疏采样实现稀疏阵列SAR侧视3维成像。干涉SAR 2维成像实际数据处理结果验证了通过信号重构可以降低复信号带宽,稀疏阵列SAR侧视3维成像的仿真结果验证了该文方法的有效性。     

10m衍射口径天基合成孔径激光雷达系统

分析了用于对地成像的天基合成孔径激光雷达(SAL)系统指标,采用10m口径膜基衍射光学系统以满足功率口径积的要求,用合成孔径雷达相控阵天线模型分析了器件参数和衍射光学系统的波束方向图。针对大口径衍射光学系统存在的孔径渡越问题,提出了基于数字信号处理的高距离分辨率信号补偿聚焦方法。研究结果表明:10m衍射口径天基SAL系统有可能对远距离特定目标进行高数据率、高分辨率成像跟踪,该技术的实现具有一定的可行性。     

合成孔径激光雷达光学系统和作用距离分析

该文对合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar, SAL)光学系统和作用距离进行了分析。根据SAL成像特点,提出了SAL使用非成像衍射光学系统的概念,并引入相控阵模型对其性能进行分析。通过在压缩光路中馈源和主镜两处使用二元光学器件,在口径300 mm条件下将2°接收视场信号收入光纤,对所需的相位参数和对应的波束方向图进行了计算仿真。给出了SAL作用距离方程,分析了相干探测和信号积累增益,明确了SAL具有良好的微弱信号探测能力的结论。针对实际应用需求,给出了一个远距离高分辨率机载SAL系统参数和工作模式。5 cm分辨率时,在连续条带成像模式下,其作用距离可达5 km,幅宽可达1.5 km;在滑动聚束成像模式下,作用距离可达10 km,幅宽可达1 km。      

稀疏微波SAR图像特征分析与目标检测研究

稀疏微波成像利用观测场景在空时频极化等表示域上的稀疏先验,通过线性综合测量方式获得比传统Nyquist采样低得多的回波数据,使用优化重构算法恢复观测场景微波图像,相对于传统微波成像体制具有诸多优势。在稀疏微波成像体制下,图像的获取和表征均发生了变化,需要在雷达图像理解现有理论和方法的基础上,研究新的特征分析和认知解译理论与方法。该文分析了稀疏SAR图像的统计特性以及点、线、面等特征的变化情况,对于使用空域稀疏模型重构的SAR图像,统计分布退化,适当降低采样率不影响点、线目标的提取精度。在此基础之上,研究了稀疏SAR图像海上舰船目标检测方法,得益于较弱的背景噪声,稀疏SAR图像的目标检测使用简单的阈值处理即可获得较好的检测效果。      

基于复图像的稀疏SAR成像方法在高分三号数据上的验证

基于稀疏信号处理的合成孔径雷达(SAR)成像(稀疏SAR成像)是稀疏微波成像的一个重要研究方向,相较于经典SAR,稀疏SAR成像在提升成像性能等方面具有重要优势。然而,受困于较大计算代价,其难以用于大观测场景的稀疏恢复,这极大限制了其应用范围。此外,无论军用还是民用,各国星载SAR系统的技术性能指标均是保密的,因此相较于原始回波,通常的公开数据都是经匹配滤波算法重构的SAR复图像。因而如何基于复图像数据进行稀疏成像,对提升现有SAR图像质量、降低稀疏成像计算代价具有重要意义。高分三号是我国首颗1 m分辨率C波段多极化SAR卫星,它具有成像分辨率高、幅宽大等优势,对提升我国灾害监测、海洋监视等能力具有重要作用。该文将一种基于复图像数据的稀疏SAR成像技术引入到高分三号SAR复图像的性能提升当中。实验结果表明,经稀疏处理后的图像拥有更低的旁瓣、更高的信杂噪比以及更优的目标可分辨率能力。且类似于匹配滤波算法重建图像,稀疏恢复结果也可以很好地保持图像统计分布及相位信息,使得稀疏重构的高分三号SAR图像仍适用于干涉、恒虚警率检测等应用。      

基于频域稀疏压缩感知的星载SAR稀疏重航过3维成像

星载合成孔径雷达(SAR)稀疏重航过3维成像技术通过交轨向的多次飞行观测,获得观测场景的第3维分辨。该文给出了单颗卫星SAR稀疏重航过轨道分布,为有效缩短重访时间,同时给出了编队双星SAR轨道分布,对应的交轨向等效孔径长度为20 km。提出了一种基于干涉处理和频域压缩感知(CS)的稀疏3维成像方法,利用稀疏重航过中的部分回波形成参考3维复图像,对待重建SAR 3维图像信号进行干涉处理,使信号在频域具备稀疏性。在大轨道分布范围下,建立频域距离向-交轨向线性测量矩阵,利用CS理论联合求解稀疏表征下的图像频谱,避免交轨向和距离向的回波信号耦合。将求解所得频谱逆变换至空间域,可得到观测场景的3维图像重建结果。仿真结果表明,该文方法在稀疏采样率74.4%条件下,仍可获得与满采样成像性能相当的结果,验证了干涉处理频域稀疏方法在星载SAR 3维成像中的有效性。     

合成孔径雷达三维成像——从层析、阵列到微波视觉

合成孔径雷达3维成像技术可以消除目标和地形在2维图像上产生的严重混叠,显著提升目标识别和3维建模能力,已经成为当前SAR发展的重要趋势。合成孔径雷达3维成像技术经过了数十年的发展,已提出多种技术体制。该文系统性回顾了SAR 3维成像技术领域的发展过程,深入分析了现有SAR 3维成像技术的特点;指出了SAR回波及图像中蕴含的未被现有技术利用的3维信息,提出“合成孔径雷达微波视觉3维成像”的新概念和新思路,将SAR成像方法与微波散射机制和图像视觉语义有机融合,形成SAR微波视觉3维成像理论与方法,实现高效能、低成本的SAR 3维成像。该文重点阐述了SAR微波视觉3维成像的概念、目标和关键科学问题,并给出了初步的技术途径,为SAR 3维成像提供了新的技术思路。      

一种低秩张量约束的下视稀疏线阵SAR三维成像算法

为了解决3维稀疏数据处理中向量化或矩阵化带来的原始空间结构破坏与计算复杂度高的问题,该文针对下视稀疏线阵3维SAR成像几何模型和回波信号特点,构建了张量空间信号模型,提出了一种基于低秩张量补全的3维SAR稀疏成像算法。该算法首先利用回波张量的低秩性,通过张量补全重构稀疏回波中的丢失元素,再对补全后的全采样信号张量进行3维成像,从而获得高效率、低旁瓣、高分辨率3维图像。基于X波段下视稀疏线阵3维SAR点目标回波进行了3维成像仿真实验,比较了在不同信噪比和采样率条件下的成像性能,并基于实测数据进一步验证了该算法的有效性和优势。     

一种低秩张量约束的下视稀疏线阵SAR三维成像算法

为了解决3维稀疏数据处理中向量化或矩阵化带来的原始空间结构破坏与计算复杂度高的问题,该文针对下视稀疏线阵3维SAR成像几何模型和回波信号特点,构建了张量空间信号模型,提出了一种基于低秩张量补全的3维SAR稀疏成像算法.该算法首先利用回波张量的低秩性,通过张量补全重构稀疏回波中的丢失元素,再对补全后的全采样信号张量进行3维成像,从而获得高效率、低旁瓣、高分辨率3维图像.基于X波段下视稀疏线阵3维SAR点目标回波进行了3维成像仿真实验,比较了在不同信噪比和采样率条件下的成像性能,并基于实测数据进一步验证了该算法的有效性和优势.     

基于NCS算子的大斜视SAR压缩感知成像方法

该文针对大斜视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像进行研究,提出了一种基于非线性频调变标(Non-linear Chirp Scaling, NCS)算子的大斜视SAR压缩感知成像方法。首先在详细分析大斜视SAR回波信号模型的基础上,给出了一种基于全采样数据的NCS成像算法,该算法有效完成了回波数据的走动补偿与解耦合处理,实现了准确成像。其次针对降采样的大斜视SAR回波数据成像问题,提出将上述成像算法构造成NCS算子并基于该算子建立压缩感知重构模型,通过对模型的优化求解直接获得最终的成像结果。该方法对于稀疏性成像场景能够有效降低回波数据采样率实现高质量成像,对于非稀疏成像场景在满采样条件下能够提高成像质量。最后的点目标和面目标的仿真实验验证了该文所提方法的有效性和可行性。      

基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统设计

设计了一种基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统。此光学系统的工作波段为3~5¼m及8~12¼m,焦距为45 mm,F/#为2,双色探测器为320×256、30μm制冷型探测器。谐衍射光学元件改进了衍射光学元件在宽波段上的大色散问题,解决了衍射光学元件在宽波段上的色散严重和衍射效率低下的问题。该光学系统采用谐衍射光学元件消宽波段色差和宽温度范围热差,使中波红外和长波红外在不同衍射级衍射实现谐振共焦成像,使用较少光学元件,校正了双波段红外光学系统的像差和热差。基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统在改善像质、减小体积重量、宽波段消热差等方面表现出传统光学系统不可比拟的优势。随着双波段探测器和谐衍射透镜研发制造技术的进一步发展,双波段光学系统必将在目标跟踪、识别、精确打击等军工系统中得到广泛应用。     

激光直写制备衍射光学元件的研究及应用

衍射光学元件作为一种典型的微光学元件,其体积小、质量轻、设计自由度多、成像质量良好,在光学成像、光学数据存储、激光技术、生物医学等领域具有广阔的应用前景。随着现代光学系统的不断发展,对衍射光学元件的加工效率和制备精度提出了更高的要求。激光直写技术凭借加工精度高、工艺简单、灵活性好等优势,成为制备高精密仪器中关键光学元件所必需的一种加工方式。针对不同的加工需求,开发了多种激光直写系统,并在应用过程中不断地改进升级。另外,突破衍射极限的飞秒激光微纳结构制造技术,能够获得更高的加工精度和更好的分辨率,为微光学元件的制备提供了新的方法。首先介绍了激光直写技术的特点;其次综述了衍射光学元件直写加工技术的研究进展,包括直写技术的影响因素、激光直写系统和多光束加工技术;接着介绍了衍射光学元件的典型应用,如红外成像、色差校正、光束整形、图像显示;最后,对激光直写技术制备衍射光学元件存在的问题和未来发展趋势做出了总结。     

半导体激光器集成系统自适应性的研究

为了改善大功率半导体激光器的发散角特性,本文对衍射光学元件和半导体激光器组成的新型新小光学系统的自适应性进行了研究。对于红外远距离大功率半导体激光器照明系统,数值结果表明,调节衍射光学元件与半导体激光器之间的间距或选择外加的几何光学透镜参数,可使该系统适用于不同发散角参数的半导体激光器件。     

基于以太网语音和IP数据无线光通信链路设计

针对移动应用平台间进行较短距离的直接通信,设计了一种基于以太网和无线激光传输的通信链路系统。该系统使用直接调制的方式将以太网发出的电信号调制到光波上,将携带信息的载波激光束聚焦、对准发送至接收设备;接收设备将采集到的信号进行解调,由光信号还原出发送方输出的电信号,经以太网传输至接收端,实现信号的双向传递;该系统可实时、大容量、高速地传输语音、数据、视频和图像等信号,且通信质量稳定可靠,保密性和安全性能优良。测试结果表明,该系统能较好地在大气间进行实时高速地数据通信,满足移动应用平台间的保密需要。     

实用化宽带半导体激光器组件的研制及其特性的研究

使用ＤＣ－ＰＢＨ型激光二极管芯片，设计制作了实用化封装形式的宽带半导体激光器组件，在理论上和实验上研究了组件的封装模型、小信号频率调制特性和非线性失真，其光响应为３ｄＢ，带宽大于２ＧＨｚ．该器件可满足六次群光通信系统的带宽要求，也可用于ＧＨｚ级微波副载波光通信系统．     

Photoactivated microwave oscillator

Predicted results and measured data of an original optically switched oscillator realised on GaAs MMIC technology are presented. The photoconductive effect within the semiconductor substrate is exploited to induce, by application of a suitable optical power on a microwave photoconductive switch, the oscillating behaviour of an active device at a frequency of 4.9 GHz. Modulation-intensity effect of an optical signal on free-running frequency and an output power are also analysed. This oscillator could be easily integrated within communication systems to achieve high data rate amplitude and phase modulation of microwave carriers.     

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用

卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。     

InGaAsP PBC型激光二极管的弛豫频率和调制特性的研究

本文对BC型激光二极管(LD)从理论上导出弛豫振荡频率公式,并在实验上得到了验证.研制出高速LD组件,其调制频率可以达到5.3GHz.并在一公里光纤链路上测量了检测信号的载噪比、互调失真等特性.结果表明:该LD组件可用于直接传输C波段卫星下行信号(3.7～4.2GHz)的副载波复用光纤通信系统.     

无线激光图像传输收发电路的设计与实现

设计并实现了激光发射与接收电路模块,每个模块主要由激光收发电路、数据处理器、存储器和视频转换电路等4部分组成,具有体积小、使用灵活的特点.重点介绍了622 Mbit/s高速激光收发电路的设计.研究并实现了对视频数据流的时序控制,如有效图像数据的提取与重新组合、存储等,采用曼彻斯特编码保证了激光信号接收与时钟恢复的稳定.在使用一组简易光学天线的情况下,理论通信距离大于6 km,并成功地完成了距离大于100 m的实验.结果表明:该系统可以稳定地传输图像,适合地面短距离高速接入等应用,为进一步研究无线激光通信技术提供了实验平台.     

基于宽谱光源的光控微波延时技术

提出一种新型的基于宽谱光源和色散器件结合的光控波束形成网络(OCBFN)方案,与利用独立激光器的方案进行了比较,给出了该方案的工作原理和延时链路理论分析,并通过实验验证了该方案实现光控延时的可行性。实验中利用掺铒光纤放大器(EDFA)作为宽谱光源,10 km单模光纤(SMF)作为色散器件实现光路延时,可调谐光滤波器选择光路的工作波长,利用矢量网络分析仪产生微波信号并测量信号延时特性,在9.25~10.25 GHz微波频段中,实验测得的系统延时范围、延时精度及真延时特性(延时大小与微波信号频率无关)验证了基于宽谱光源的可调谐光控微波延时方案的可行性。