基于深度学习的太赫兹时域光谱识别研究 被引量：7

1

作者 胡其枫 蔡健 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期94-99,共6页

太赫兹时域光谱技术,由于其具有物质“指纹谱”特性,是一种可以快速无损地鉴别物质的重要手段,在毒品和爆炸物的无损检测等方面有广阔的应用前景。其中,光谱识别是太赫兹时域光谱技术应用研究的重要方向之一。现有的光谱识别方法多是依... 太赫兹时域光谱技术,由于其具有物质“指纹谱”特性,是一种可以快速无损地鉴别物质的重要手段,在毒品和爆炸物的无损检测等方面有广阔的应用前景。其中,光谱识别是太赫兹时域光谱技术应用研究的重要方向之一。现有的光谱识别方法多是依靠手工选取特征后进行机器学习分类,或是通过设置吸收峰阈值门限进行判断。由于一些物质在太赫兹波段内并没有明显的吸收峰特征,同时样品浓度、空气湿度、各类噪声等会对太赫兹时域光谱造成干扰从而使信噪比下降,这些方法并不能很好地适应,并且物质类别和数量的增加也会导致计算量不断增加。近年来,随着深度学习技术兴起,以卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)为代表的方法在计算机视觉和自然语言处理等领域得到广泛应用,相比于传统的机器学习方法其效果有了很大的提升。由于深度学习技术强大的非线性分类能力,基于RNN和CNN设计了两个网络用于光谱识别:基于RNN的一维谱线分类网络和基于C NN的二维谱图分类网络。模拟实际应用场景,在非真空环境下采集了12种物质的两万多个光谱数据作为训练集和测试集。在分析了样品浓度、空气湿度对光谱特征的影响后,使用S-G(Savitzky-Golay)滤波对光谱进行降噪。实验结果表明,对比未处理和经过S-G预处理的数据,处理后的光谱特征更加明显,识别准确率更高;与传统的机器学习算法k最近邻(k-NN)方法相比,RNN和CNN方法在测试集上有更好的准确率,且算法速度更快;对于光谱识别,CNN方法比RNN方法能够更好地克服噪声的影响。因此,深度学习技术可以对太赫兹时域光谱进行快速有效的识别,能够为新型无损安全检查技术提供理论和实验基础。 展开更多

关键词 太赫兹时域光谱 光谱识别 卷积神经网络 循环神经网络 预处理

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被动毫米波太赫兹人体成像关键技术进展 被引量：10

2

作者 冯辉 涂昊 +1 位作者 高炳西 武帅 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1395-1401,共7页

通过分析被动毫米波太赫兹成像检测人体携带物品的基本原理,讨论了被动毫米波太赫兹成像应用于人体安检领域的优势,并分析了成像系统最佳的工作频率和最适宜的工作环境温度。从分析影响成像质量的各项关键技术的角度对被动毫米波太赫兹... 通过分析被动毫米波太赫兹成像检测人体携带物品的基本原理,讨论了被动毫米波太赫兹成像应用于人体安检领域的优势,并分析了成像系统最佳的工作频率和最适宜的工作环境温度。从分析影响成像质量的各项关键技术的角度对被动毫米波太赫兹人体安检成像的进展进行了介绍。重点分析了基于准光学成像原理的光学系统和扫描机构,被动毫米波太赫兹人体成像中最常用的肖特基二极管探测和超导两种探测方法,以及被动毫米波太赫兹图像的处理及目标智能识别。最后,对未来毫米波太赫兹人体成像技术在安全检查领域的应用前景和未来发展方向提出个人观点。 展开更多

关键词 毫米波太赫兹成像 人体成像 被动式 安检

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基于焦平面成像的被动式太赫兹人体成像技术

3

作者 涂昊 冯辉 +2 位作者 安德越 高炳西 武帅 《微波学报》 CSCD 北大核心 2020年第S01期13-16,共4页

被动式太赫兹成像是目前公认的下一代人体安检技术。本文对被动式太赫兹人体成像的信号模型进行了分析,讨论了衣物、环境温度、物品温度等因素对隐匿物品对比度的影响,得出了被动式太赫兹人体成像安检系统可检测出衣物下隐匿物体需满足... 被动式太赫兹成像是目前公认的下一代人体安检技术。本文对被动式太赫兹人体成像的信号模型进行了分析,讨论了衣物、环境温度、物品温度等因素对隐匿物品对比度的影响,得出了被动式太赫兹人体成像安检系统可检测出衣物下隐匿物体需满足的基于上述理论分析,本文设计了一种基于焦平面成像的被动式太赫兹人体成像安检系统,该系统通过采用多通道焦平面扫描成像技术,可实现对检测区域的快速成像,成像帧率可达10帧/秒,通过采用基于深度学习的人工智能技术,本系统可实现对隐匿物品的自动探测。本系统所实现的检测效果可初步满足大客流场景下对通行人员进行安检的需求。 展开更多

关键词 被动式太赫兹 焦平面成像 信号模型 深度学习

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基于柱面镜的太赫兹阵列探测器扫描成像实验研究

4

作者 蔡健 李亚茹 吴炎际 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期224-228,共5页

设计了一套用于太赫兹阵列探测器扫描成像的光学系统,采用光学设计软件分别对柱面镜和聚焦透镜的面型进行了仿真,仿真结果表明,经过柱面镜后,点光源变成了线光源,线光源的宽度为1.4 cm。实验中,分别采用VDI单元探测器和中科院苏州纳米... 设计了一套用于太赫兹阵列探测器扫描成像的光学系统,采用光学设计软件分别对柱面镜和聚焦透镜的面型进行了仿真,仿真结果表明,经过柱面镜后,点光源变成了线光源,线光源的宽度为1.4 cm。实验中,分别采用VDI单元探测器和中科院苏州纳米所自主研发的场效应管阵列探测器对物体进行成像,其中VDI单元探测器成像效果较为清晰,阵列探测器的图像中存在一定的条纹,原因来源于探测器像元之间的耦合和串扰。本文采用柱面镜结合阵列探测器,提升了扫描成像的速度。 展开更多

关键词 柱面镜 阵列探测器 成像速度

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基于微波光子技术的高精度变频链路设计与实现 被引量：1

5

作者 武帅 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期414-418,共5页

介绍了一种基于微波光子链路的高精度变频技术,此技术基于微波光子学信号调制及处理,对射频信号进行电光转换变成光信号,通过光学滤波及声光移频对其做上下移频处理,最终获得高精度变频信号。该系统在20 GHz范围内均能对射频信号进行
... 介绍了一种基于微波光子链路的高精度变频技术,此技术基于微波光子学信号调制及处理,对射频信号进行电光转换变成光信号,通过光学滤波及声光移频对其做上下移频处理,最终获得高精度变频信号。该系统在20 GHz范围内均能对射频信号进行±2 MHz内的移频,最高精度可达100 Hz.得益于微波光子链路大带宽、实时和高精细的特点,此技术可以在光域对高频率的射频信号进行高精度实时变频,从而克服频率限制,实现射频信号的精细频率调控. 展开更多

关键词 光通信 微波光子 光学滤波 移频

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基于SAR成像的FBP算法、FFBP算法三维快速重建 被引量：5

6

作者 潘丰 王文静 +1 位作者 孟祥新 方财义 《电子测量技术》 2020年第4期153-158,共6页

后向投影(BP)算法,具有成像精确高、易于补偿等优点,适用于任何成像方式,近年来广泛应用于雷达成像领域。但由于三维成像的运算量大,比较耗时,严重影响了实时成像的效率。在极坐标条件下,快速后向投影(FBP)算法和快速因式分解后向投影(F... 后向投影(BP)算法,具有成像精确高、易于补偿等优点,适用于任何成像方式,近年来广泛应用于雷达成像领域。但由于三维成像的运算量大,比较耗时,严重影响了实时成像的效率。在极坐标条件下,快速后向投影(FBP)算法和快速因式分解后向投影(FFBP)算法,利用子孔径划分的方式进行成像,一定程度上解决了实时成像的问题。对比分析了BP算法、FBP算法、FFBP算法3种算法的单点目标分辨率,结果基本一致,从而验证算法的有效性。进一步,对多点目标仿真和实测数据成像结果的分析表明:FFBP算法、FBP算法与BP算法相比,可以提高计算效率,适用于三维实时近场成像系统,更好地应用于人体安检领域。 展开更多

关键词 合成孔径雷达 三维极坐标系 快速后向投影算法 快速因式分解后向投影算法

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频谱外推技术在毫米波CSAR成像中的应用 被引量：2

7

作者 孟祥新 武帅 +2 位作者 柳桃荣 李霆 笪敏 《微波学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期18-21,37,共5页

近年来圆轨迹合成孔径成像(CSAR)成为SAR成像领域的一个研究热点,同时超分辨频谱外推技术能够有效改善SAR图像的聚焦质量。针对频谱外推技术在近场毫米波CSAR柱面成像中的应用进行了研究,将频谱外推算法与传统的波数域算法相结合,旨在提... 近年来圆轨迹合成孔径成像(CSAR)成为SAR成像领域的一个研究热点,同时超分辨频谱外推技术能够有效改善SAR图像的聚焦质量。针对频谱外推技术在近场毫米波CSAR柱面成像中的应用进行了研究,将频谱外推算法与传统的波数域算法相结合,旨在提升SAR图像的聚焦效果;仿真点目标结果表明基于频谱外推技术的改进算法可以明显改善点目标的分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比指标;在室内基于矢量网络分析仪与高精度转台搭建了近场测量系统获得实测回波数据,通过雷尼熵评价指标衡量成像结果,结果表明基于频谱外推技术的改进算法成像结果优于传统成像算法的结果。 展开更多

关键词 频谱外推 毫米波 圆迹合成孔径雷达(CSAR) 波数域算法

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一种高精度的毫米波稀疏平面阵列频域类成像算法 被引量：1

8

作者 孟祥新 柳桃荣 +1 位作者 笪敏 刘泽鑫 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1479-1485,共7页

本文以手持式毫米波人体安检设备为研究背景,设计了一种工作于90~94GHz频段的稀疏十字阵列,并采用时域相关算法与改进距离徙动算法(Range Migration Algorithm,RMA)对目标进行成像.针对改进RMA算法在推导过程中存在球面波展开为平面波... 本文以手持式毫米波人体安检设备为研究背景,设计了一种工作于90~94GHz频段的稀疏十字阵列,并采用时域相关算法与改进距离徙动算法(Range Migration Algorithm,RMA)对目标进行成像.针对改进RMA算法在推导过程中存在球面波展开为平面波近似和复杂的插值问题,本文提出一种高精度的无需球面波展开和复杂插值运算的基于(Fast Fourier Transform,FFT)的成像算法,在实现过程中不会引入近似误差和插值误差.采用电磁仿真软件建立目标回波模型,进行测试分辨率和噪声鲁棒性的实验.系统方位分辨率达到5mm,满足系统设计指标要求,验证了所提算法的正确性.综合实验结果得出所提算法的计算效率优于时域相关算法并且噪声鲁棒性优于改进RMA算法,在手持式毫米波人体安检设备实时成像的应用中,所提算法的适用性更好. 展开更多

关键词 稀疏平面阵列 手持式人体安检设备 改进距离徙动算法 基于FFT算法 噪声鲁棒性

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基于CPU+GPU混合架构的改进型距离徙动算法设计与实现 被引量：2

9

作者 笪敏 孟祥新 +1 位作者 李霆 柳桃荣 《电子测量技术》 2020年第3期153-157,共5页

改进型距离徙动算法是距离徙动算法的一种改进算法,相比于距离徙动算法,该算法可对任意距离切面成像,且无需插值,成像精度更高。改进型距离徙动算法的计算量大,单CPU难以满足实时成像需求,而CPU+GPU混合架构可解决此问题。两种算法的成... 改进型距离徙动算法是距离徙动算法的一种改进算法,相比于距离徙动算法,该算法可对任意距离切面成像,且无需插值,成像精度更高。改进型距离徙动算法的计算量大,单CPU难以满足实时成像需求,而CPU+GPU混合架构可解决此问题。两种算法的成像结果表明,改进型距离徙动算法的聚焦效果和图像对比度均优于距离徙动算法;NVIDIA GTX 1080Ti和Intel(R)Xeon(R)E5-2650 v4的实测结果表明,CPU+GPU混合架构与单CPU的加速比高达69.88。因此,基于CPU+GPU混合架构的改进型距离徙动算法实现是可行的。 展开更多

关键词 改进型 距离徙动算法 图形处理器(GPU) 混合架构

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高速串行总线RapidlO与PCI Express动态可重配置设计 被引量：2

10

作者 张月皓 柳桃荣 +1 位作者 余开 郭柳柳 《电子测量技术》 2020年第3期86-91,共6页

通过分析当前串行RapidIO协议与PCI Express协议,利用RapidIO与PCI Express在物理层的共同特性,针对多种高速串行接口协议SoC系统设计需求,提出了一种共PHY的高速SoC设计。通过FPGA的动态重配置功能,使用FPGA串行高速收发器GTX,动态转发... 通过分析当前串行RapidIO协议与PCI Express协议,利用RapidIO与PCI Express在物理层的共同特性,针对多种高速串行接口协议SoC系统设计需求,提出了一种共PHY的高速SoC设计。通过FPGA的动态重配置功能,使用FPGA串行高速收发器GTX,动态转发RapidIO和PCI Express协议包。利用FPGA上的重配置分割,将控制器上层多路选择器放入可重配置部分,实现DMA到多路选择器的可重配设计。实验测试使用两片Virtex-72000T FPGA芯片互联,传输的峰值吞吐量可以达到9.5 Gbps,资源利用率降低到原来的72.8%,系统的灵活性大幅提高。 展开更多

关键词 RAPIDIO协议 PCI Express协议 动态重配置

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W波段主动式近场成像试验研究 被引量：2

11

作者 李霆 孟祥新 +2 位作者 张华坤 韦巍 王文静 《电子测量技术》 2020年第19期22-26,共5页

现有的主动式人体安检成像仪,均工作于毫米波频段(Ka频段和E频段),已在机场人体安检领域得到成功应用。升级到太赫兹频段,是主动式人体安检成像未来发展的必然方向。开展了W波段主动式近场成像试验研究,使用了一台W波段LFMCW雷达,对圆... 现有的主动式人体安检成像仪,均工作于毫米波频段(Ka频段和E频段),已在机场人体安检领域得到成功应用。升级到太赫兹频段,是主动式人体安检成像未来发展的必然方向。开展了W波段主动式近场成像试验研究,使用了一台W波段LFMCW雷达,对圆迹二维SAR、圆柱二维SAR、准光实孔径、三维全息等成像体制,开展了一系列成像试验,获取了成像结果,验证了各类成像体制及成像算法。试验结果表明,圆迹二维SAR成像体制值得进一步开展研究。该研究为今后主动式太赫兹安检成像系统设计,提供了参考和帮助。 展开更多

关键词 主动式近场成像 SAR 准光实孔径 三维全息

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W波段调频连续波系统三维成像技术研究 被引量：1

12

作者 孟祥新 李霆 +1 位作者 笪敏 刘泽鑫 《电子测量技术》 2020年第5期28-32,共5页

毫米波成像系统的频率和带宽限制了三维成像的分辨率水平和目标探测能力,针对毫米波三维成像技术中高频段和大带宽的改进方向,基于90~100 GHz的调频连续波雷达系统搭建了近场三维测试系统,对关键核心技术中的系统校正和成像算法进行了... 毫米波成像系统的频率和带宽限制了三维成像的分辨率水平和目标探测能力,针对毫米波三维成像技术中高频段和大带宽的改进方向,基于90~100 GHz的调频连续波雷达系统搭建了近场三维测试系统,对关键核心技术中的系统校正和成像算法进行了详细阐述,获取多个目标的回波数据。由理论分析可知系统方位维度分辨率可达3 mm,距离维度理论分辨率可达1.5 cm。在对不同尺寸硬币目标、水果刀、剪刀、公交卡片和烟盒的成像实验结果表明,所搭建的近场三维测试系统能够清晰的对目标进行成像,验证了系统校正与成像算法的有效性与可行性,为W波段系统在人体安检和无损检测领域的应用奠定了研究基础。 展开更多

关键词 调频连续波 三维成像 系统校正 近场三维测试

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设备舱底板组件结构优化设计 被引量：1

13

作者 董龙飞 许先明 卢明 《兵工自动化》 2021年第3期73-75,共3页

为提高产品的性能,对设备舱底板组件进行静力学仿真。以底板组件的中间板厚和型材壁厚作为设计变量,构建设备舱底板组件3维模型,利用3维设计软件对底板组件结构进行参数化设计,基于轻量化原则,使用有限元分析软件对底板组件进行结构优化... 为提高产品的性能,对设备舱底板组件进行静力学仿真。以底板组件的中间板厚和型材壁厚作为设计变量,构建设备舱底板组件3维模型,利用3维设计软件对底板组件结构进行参数化设计,基于轻量化原则,使用有限元分析软件对底板组件进行结构优化,对优化结果进行后处理,设置优化目标的参数与权重,确定最佳设计点。仿真结果表明:与原方案相比,优化后的底板组件质量减少40.94%。 展开更多

关键词 底板组件 有限元分析 结构优化

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基于等效相位中心近似与改进SLIM算法的稀疏阵列快速成像算法

14

作者 孟祥新 武帅 +2 位作者 涂昊 柳桃荣 靳学明 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期300-305,共6页

提出一种应用于毫米波稀疏阵列成像的基于频率域成像算法和压缩感知技术相结合的成像算法。算法包含两个主要步骤,首先采用等效相位中心近似原理,将快速傅里叶变换成像算法用于周边形阵列,由于等效相位中心近似引入的残余相位误差无法... 提出一种应用于毫米波稀疏阵列成像的基于频率域成像算法和压缩感知技术相结合的成像算法。算法包含两个主要步骤,首先采用等效相位中心近似原理,将快速傅里叶变换成像算法用于周边形阵列,由于等效相位中心近似引入的残余相位误差无法在近距离成像应用中被完全补偿,因此在第二个步骤中,提出基于压缩感知技术的基于迭代最小化的稀疏学习(SLIM)的改进算法用于重聚焦初始图像。通过等效相位中心近似原理和改进的SLIM算法的结合,所提算法具备更高的计算效率、提升了图像质量、相比于传统的SLIM算法具备更少的迭代次数。仿真结果验证了所提算法的有效性。 展开更多

关键词 稀疏阵列成像 傅里叶变换成像算法 改进的SLIM算法 压缩感知

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面向毫米波遥感成像的双极化毫米波探测器

15

作者 安德越 赵超颖 +1 位作者 刘畅 高炳西 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期319-327,共9页

针对多极化毫米波遥感成像重大需求,报道了一种高集成度双极化毫米波探测器。探测器采用固态电子学方案,通过喇叭天线接收毫米波信号,利用正交模耦合器进行极化信号分离,采用两级低噪放芯片放大信号,通过肖特基二极管实现功率检测。每... 针对多极化毫米波遥感成像重大需求,报道了一种高集成度双极化毫米波探测器。探测器采用固态电子学方案,通过喇叭天线接收毫米波信号,利用正交模耦合器进行极化信号分离,采用两级低噪放芯片放大信号,通过肖特基二极管实现功率检测。每支探测器集成两路接收通道,每个接收通道可同时探测水平与竖直两个极化方向信号。经测量,探测器探测频段为W波段(75~110 GHz),平均等效噪声温差达到0.3 K(@10 ms),尺寸不足155 mm×15 mm×20 mm,质量<0.3 kg。利用该探测器实现城市环境双极化毫米波遥感成像,成像结果表明,相比于单极化遥感成像,双极化遥感成像可以获得更多极化信息,可对城市环境下常见物品进行突出显示,这有助于今后进行自动物品识别、轮廓提取与远程物质成分识别。 展开更多

关键词 毫米波技术 探测 极化 遥感 成像

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