LASIS影像波段配准

针对大孔径静态干涉成像光谱仪(Large Aperture Static Interference Imaging Spectrometer,LASIS)各波段共视场扫描成像的特点,提出了基于在轨几何内检校的虚拟重成像方法进行波段高精度配准.此方法充分考虑姿轨的变化和镜头畸变等导致高光谱波段影像失配的几何因素,在内方位元素检校的基础上,对高光谱影像进行虚拟重成像,实现了对误差源的建模以及波段间相对误差的消除.利用遥感十四号LASIS在不同区域数据进行内检校和虚拟重成像实验,结果表明,进行LASIS数据的处理能够得到优于0.16像素的波段配准精度.     

像面干涉成像光谱技术中的复原方法

与传统的干涉成像光谱技术相比,像面干涉成像光谱技术具有高光通量、高光谱分辨率、高目标分辨率等优点。在介绍像面干涉成像光谱技术的基本原理基础上,提出了通过推扫横向剪切分束器对目标进行探测的方法,省去了传统推扫方法中提取物点干涉信息时的图像配准过程。研究了信息处理中去直流项、切趾等预处理问题,分析了相位误差校正方法及各种方法的优缺点。搭建Sagnac型像面干涉成像光谱实验装置进行了光谱重构实验,复原了被测光源的光谱曲线,并复原了探测目标在各个谱段的光谱图像。     

基于矩阵的Sagnac干涉仪光谱复原理论研究

传统的干涉光谱仪光谱复原算法是利用傅里叶变换复原光谱,该方法为了消除有限光程差造成的旁瓣对光谱复原精度的影响,进行了干涉图切趾处理,但这会降低复原光谱的光谱分辨率.为了保证光谱分辨率和提高光谱复原精度,文章提出一种光谱复原方法——基于仪器特征矩阵的Sagnac干涉光谱仪光谱复原方法.该方法旨在通过实验室定标及理论推导为每个Sagnac干涉光谱仪系统构建一个仪器特征矩阵,对仪器特征矩阵利用最小二乘法复原光谱.利用多种物质的光谱进行仿真实验,测试两种光谱复原方法的光谱复原精度,结果显示仪器矩阵方法的复原误差稳定在1％～3％,而傅里叶变换法的复原误差在3％～7％的范围内.因此,和傅里叶变换光谱复原方法相比,基于仪器特征矩阵的光谱复原方法的光谱复原精度更高.     

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。     

宽场偏振干涉成像光谱仪的调制度研究

干涉成像光谱技术是一种集双光束干涉技术、二维成像技术以及高分辨率光谱技术于一体的高新遥感探测技术,常用来进行监视、识别和探测各种民用和军事目标。基于双折射晶体的宽场偏振型干涉成像光谱仪是该技术中的一种典型代表,组成其系统的偏光元件的性能是决定其成像质量和光谱复原精度的关键因素。论文考虑元件偏振误差和延迟误差对光路传播的影响,采用偏振追迹法推导出了系统干涉调制度的理论表达式,给出了其随入射角、入射波长、入射方位角以及元件偏振化方向和相位延迟量的变化特性,并定量分析了其允差范围。这为基于偏光器件成像光谱仪的系统设计、高光谱复原以及工程实践提供了重要的理论指导和技术支持。     

干涉成像光谱仪切趾函数对复原光谱的影响分析

随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hanning函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.     

基于FPGA的干涉式成像光谱仪实时数据处理系统研究

根据干涉式光谱仪系统数据处理技术,研究了一种基于大容量高速现场可编程门阵列(FPGA:Field Programmable Gate Array)器件的干涉式成像光谱仪实时数据处理片上系统,它将干涉图采集和光谱复原集成在一个FPGA芯片内,可实时完成干涉图采集和光谱复原处理,具有体积小、运算速度快以及稳定可靠等优点,为成像光谱仪对目标的实时探测和识别等应用奠定了良好的技术基础.     

基于FPGA的成像光谱仪多通道实时光谱识别设计

实时光谱识别是目前干涉式成像光谱仪领域研究的热点问题之一,其难点在于复原光谱数据量大及对识别算法的实时性要求高。基于FPGA器件设计了一种基于光谱角匹配(SAM)算法的干涉式成像光谱仪多通道实时光谱识别系统。该系统将多个不同的参考光谱分别存储在其对应通道的存储器中,根据SAM算法实时计算输入光谱与各通道参考光谱之间的光谱角,通过对各通道输出的光谱角进行比较而实现光谱的实时识别。仿真结果表明,系统在Xilinx芯片XC7A100TFGG484-2上对复原光谱进行实时有效识别的运行频率可达100MHz。系统以流水线方式运行,具有速度快、体积小、便于升级等优点,为干涉式成像光谱仪实时光谱识别的工程实现提供了一种有效的技术途径。     

傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。     

基于海岸线区域两类不同轴遥感设备之间匹配应用

以高光谱分辨率的空间外差光谱仪为例,针对其获取地表目标干涉数据的特点,提出一种利用高空间分辨率遥感图像中海岸线区域的大面积均匀地貌且地表反射率有突变的特征来对空间外差光谱仪进行指向配准的方法,实现了不同轴成像遥感设备与非成像遥感设备之间的匹配应用.利用空间外差光谱仪在多个对地观测点的结果干涉数据和相同经纬度区域的高空间分辨率图像数据进行地基测试实验,将配准校正值结果与其标称值进行对比,误差范围在-3%~5%.结果表明,该方法可为星载不同轴成像遥感设备与非成像遥感设备之间匹配应用提供参考依据.     

前视成像雷达图像序列配准算法研究

为解决前视阵列成像雷达中图像序列的配准问题,该文将前视阵列雷达的成像原理与Hausdorff距离有机结合,提出一种图像序列配准方法。该方法基于传感器信息、图像分辨率校正和回波域Hausdorff距离,首先利用传感器信息估计出图像间的距离向偏移,在此基础上修正天线孔径长度并校正序列图像分辨率。为解决地雷目标各向同性造成的角度估计困难,使用Hausdorff距离对序列图像实施配准。结合前视阵列雷达的成像原理,将Hausdorff距离从图像域映射到回波域,实现分辨率校正与配准的统一,提高配准速度和精度。通过实测数据验证,该方法适用于前视阵列成像雷达,能够提高图像序列配准精度,改善系统检测率。     

激光雷达信号相位误差对合成孔径成像的影响和校正

针对合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar,SAL）,分析了信号相位误差对合成孔径成像的影响。建立了激光信号模型,分析了激光信号相干性对SAL方位分辨率的影响,给出通过本振信号延时处理保证相干性的解决方案。分析了LFM信号非线性失真对距离分辨率的影响,为同时解决激光LFM信号调制放大过程引入的脉冲间随机初相位问题,提出一种基于参考通道的LFM信号非线性失真和脉冲间随机初相位定标校正方法。给出了实验和仿真数据处理结果。     

基于迭代近端投影的二维欠采样合成孔径雷达成像

合成孔径成像雷达(SAR)具有数据量大、采样率高等特点,针对传统压缩感知(CS)的SAR成像存在精度低及抗噪性能差的问题,该文提出一种基于迭代近端投影(IPP)的2维欠采样合成孔径雷达成像重建方法。即通过对雷达回波构建为距离频域-方位多普勒域的2维稀疏表示模型,在此基础上将成像问题转化为距离向和方位向压缩感知稀疏重构问题,利用迭代近端投影算法的函数优化模型来表示合成孔径雷达成像中的稀疏表示,最后采用平滑削边绝对偏离(SCAD)罚函数获得近端算子以求解该模型并进行成像。仿真与实测数据处理结果表明,所提方法成像效果更好。     

基于SP-LSQR的综合孔径辐射成像方法

综合孔径微波辐射计是被动微波遥感领域中一种重要的探测器。综合孔径辐射计成像反演过程在数学上是病态的反问题,传统正则化方法虽然能够有效克服其病态性,但重构误差较大、对干扰噪声鲁棒性不强。与传统正则化方法相比,最小二乘Q-R矩阵(Least Square Q-R matrix, LSQR)分解算法具有计算精度高、数值稳定性好等优点,但收敛速度不够快。对此,文中提出利用子空间预处理LSQR(Subspace Preconditioned LSQR, SP-LSQR)算法进行综合孔径辐射计反演成像,提高收敛速度。仿真结果表明：与Tikhonov正则化和带限正则化相比,SP-LSQR方法不仅可以降低重构误差,而且对干扰噪声的鲁棒性更强。此外,与LSQR方法相比,SP-LSQR方法在不降低成像反演精度的情况下,有效提高了计算效率。     

星载高分辨频率步进SAR成像技术

星载合成孔径雷达(SAR)是一种2维高分辨率微波成像雷达。它通过发射大带宽信号实现距离向高分辨,通过合成孔径技术实现方位向高分辨。随着人们对分辨率需求的不断提升,星载SAR正朝着分米级分辨率发展。一方面,受限于现有器件水平,可以通过频率步进技术实现大带宽信号发射,需要研究高精度子带拼接技术、子带间幅相误差对成像的影响与补偿技术;另一方面,受限于有限的波束宽度,可以使系统工作在聚束模式或滑聚模式实现长合成孔径,此时需研究轨道弯曲、“Stop-go”假设误差、电离层与对流层传输误差等非理想因素对成像的影响与补偿技术。因此,该文详细介绍了频率步进信号时序设计与子带拼接,研究星载高分辨率频率步进SAR成像算法与非理想因素补偿方法,最后给出成像算法的仿真验证和性能分析。      

考虑亚像素配准误差的超分辨率图像复原

超分辨率图像复原作为第二代图像复原方向,已成为目前国际图像复原界的一个研究热点.一般来说,超分辨率图像复原是一个病态问题,可以结合图像的先验信息,使其成为良态的,这需要有效的规整化算法.但是,规整化参数的选择多数情况是通过经验确定的,且现有的一些计算规整化参数的方法又过于繁琐.本文讨论了亚像素配准误差引入的情况下噪声的统计模型,利用Miller规整的思想给出了简易可行的规整化参数计算方法.这种规整化参数计算方法能够自适应地根据配准误差和观测噪声局部调整由于配准误差导致的失真.仿真结果表明得到的规整化参数能使规整化算法有效收敛.     

基于静态固体斜楔干涉的红外探测技术

针对现有傅里叶变换红外光谱遥测技术响应速度慢、灵敏度低、抗震性差等缺点,提出一种基于静态固体斜楔干涉具为核心的傅里叶变换红外光谱遥测技术。选用UL04371-042型非制冷红外焦平面阵列探测器(UIRFPA)作为干涉信号探测的核心部件。在分析静态固体斜楔干涉具基础理论及探测器性能的基础上设计了驱动电路,FPGA作为时序控制的主体,在Xilinx ISE 12.4的开发环境中,利用Verilog硬件描述语言编程,对探测器的工作时序进行了设计输入和仿真验证。使得干涉信号通过高速AD采集,FPGA外扩的SRAM缓存,最后通过USB传送到上位机LABVIEW进行数据处理及成像。通过仿真和实验验证其可行性,实现了红外波段的静态固体斜楔干涉信号光谱成像,为进一步研究干涉型成像光谱仪成像技术提供前期准备。     

基于遗传算法的雷达组网误差配准算法

系统误差校正是雷达组网的关键问题,传统的误差校正方法采用最小均方估计法或极大似然法,这些方法受随机误差影响,计算量大,难以在工程中应用。本文在实时精度控制法（RTOC）的基础上,通过构造误差配准的目标函数,将误差配准转换为非线性优化问题,并采用遗传算法进行寻优。该方法采用非参数化的方法进行误差配准,克服了RTOC和最小二乘算法中线性化带来的误差,提高了误差估计的精度。仿真和实际数据测试表明,本文提供的方法能有效地进行组网雷达误差配准。     

合成孔径激光雷达下视三维成像构型及算法

传统激光三维成像均采用实孔径成像技术,其分辨率会随着作用距离的变远而降低。相比于实孔径成像,合成孔径成像的一个显著优势是沿航向的分辨率不随作用距离的变化而变化。基于合成孔径技术提出一种合成孔径激光三维成像雷达的工作模型。该系统采用激光泛光发射模式和多波束相干接收,首先,在高度向,采用大时宽带宽的线性调频信号,并利用解线频调技术实现高分辨率;其次,沿航向利用合成孔径技术频域压缩算法实现高分辨率,其中考虑到激光调频信号的长扫频周期,对于平台连续运动引入的多普勒平移项进行了补偿;在跨航向通过实孔径阵列实现高分辨率。最后,通过仿真实验验证了该系统的有效性。