基于闭合量约束与重心对齐约束的日像仪实测数据成像技术研究

Heliograph is a large scale antenna array for generating radio solar images by levering the pinciple of synthesis aperture, which has attracted tremendous efforts of Chinese astronomies in the past decades. In the previous project, we have extensively studied the feasibility of applying compressed sensing to generate heliograph images by using the simulated data. This proposal is focused on developing the Heliograph imaging techniques based on the measurement dataset that will be acquired by the small scale antenna array..One of our major objectives is to reduce the impact of noise on imaging processing by constructing the regularization items based on the synthesis aperture principle and solar characteristics. Specifically, we will study the imaging model and algorithm for single channel based on closure qualities, as well as the joint imaging model and algorithm for multi-channel based on Center Align. Based on the results, we will further develop the iterated imaging methods base on the actual measurement data and semi-physical simulated data. The results of this project will not only benefit to engineering applications, but also contribute to establishing a solid heliograph imaging theoretic framework by seamlessly integrating the compressed sensing theories, signal sparse representation methods, image reconstruction models, optimization algorithms and heliography simulation techniques together. In addition, this project is expected to significantly advance the development of heliographs and imaging processing techniques in China, and greatly benefit to various commercial,civil and military domains.

日像仪是利用综合孔径原理对太阳进行射电成像的大规模天线阵,其成功研制是我国天文工作者几代人的梦想。申请人在前期基金中利用仿真数据研究了压缩感知理论在日像仪成像中的可行性和仿真验证。本课题则重点研究基于实测数据的成像技术。通过构建基于日像仪成像原理和太阳自身特性的正则化项，减弱噪声在成像过程中的降质作用。具体地，提出基于闭合量约束的单通道成像模型和算法，排除大气及电离层干扰；充分利用辐射源在不同通道上体现出的重心对齐特性，提出基于重心对齐约束的多通道联合成像模型和算法，降低频间干扰。在此基础上，研究基于实测数据和半实物仿真数据的迭代成像方法，推进研究成果的工程化应用，形成由压缩感知理论、信号稀疏表示方法、图像重建模型、优化求解算法、日像仪仿真技术构成的日像仪成像综合理论体系。课题研究对我国日像仪及重大设备的研制有较大的推动作用。研究结果可应用于军民商各领域，具有较高应用价值。

日像仪是利用综合孔径原理对太阳进行射电成像的大规模天线阵,由采样数据构建太阳图像的过程称为日像仪成像，亦称射电太阳图像重建。.课题利用基于半实物仿真数据和实测数据，通过构建基于日像仪成像原理和太阳自身特性的正则化项，减弱噪声在成像过程中的降质作用。具体地，提出基于闭合量约束的单通道成像模型和算法，排除大气及电离层干扰；充分利用辐射源在不同通道上体现出的重心对齐特性，提出基于重心对齐约束的多通道联合成像模型和算法，降低频间干扰。. 课题首先研究了闭合量约束的日像仪单通道成像算法。在研究日像仪成像原理的过程中，探求不受噪声干扰的闭合量，研究闭合相位和闭合幅度等闭合量作为正则化项的可行性与有效性，并根据日成像仪原理构造了基于闭合量约束的成像模型。使得模型满足最适合的优化求解算法ADMM的适用条件。.课题在单通道成像研究的基础上，将重心对齐约束作为成像模型的正则化项，对多个通道联合成像，以提高成像质量。课题分析了太阳辐射源的特性，探求辐射源在不同通道间保持的不变量，研究重心对齐约束在多通道联合成像中的可行性和有效性，重点研究利用全变分（TV）理论基于重心对齐约束的日像仪多通道联合成像模型及非周期边界条件下基于分裂Bregman算法成像，并进行了多通道联合成像实验分析。. 课题还为基于半实物仿真数据和实测数据的超分辨成像问题，提出了一种整体注意网络(HAN)，网络能够探索层次层之间、每一层卷积输出的特征图以及每张特征图的所有位置的相关性。另一方面，还提出了一个通道-空间注意模块(CSAM)来协同提高所提出的超分辨率网络的特征表示能力。. 课题研究的对象是日像仪阵列设计及图像重建应用中所面临的技术难点，推进了研究成果的工程化应用，形成了图像重建模型、优化求解算法、日像仪仿真技术构成的日像仪成像综合理论体系。将对日像仪的研制有较大的推动作用。研究结果可应用于军民商各领域，具有较高应用价值。