一種綜合孔徑微波輻射計陣列因子成型方法
【專利摘要】本發明公開了一種綜合孔徑微波輻射計陣列因子成型方法，包括：根據天線單元的位置坐標計算與天線單元對應的空間頻率域中的采樣點的位置；在每個采樣點上乘以一個對應于該采樣點的系數，得到經過修正的陣列因子，并選擇期望的陣列因子，計算經過修正的陣列因子與期望陣列因子的誤差函數；計算使得誤差函數范數最小或者均方誤差最小條件下的系數；將上述計算得到的系數乘到相應的采樣點上，得到修正后的陣列因子。經過修正后的陣列因子具有較小的旁瓣或較窄的主波束，提高非均勻采樣綜合孔徑輻射計的反演精度；不僅適用于非均勻采樣綜合孔徑輻射計，同時也適用于均勻采樣綜合孔徑輻射計；對提高綜合孔徑輻射計的反演精度及空間分辨率有較好的效果。
【專利說明】一種綜合孔徑微波輻射計陣列因子成型方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微波遙感及探測【技術領域】，更具體地，涉及一種綜合孔徑微波輻射計陣列因子成型方法，不僅用于地球遙感，還可用于月球遙感和深空探測等領域。
【背景技術】
[0002]綜合孔徑輻射計利用多個離散的小天線合成等效的大天線孔徑，采用稀疏陣列排布，減少天線的質量和體積，可提高被動微波遙感的空間分辨率。但是這種優勢是以系統結構和信號處理復雜度為代價的，特別是對于大型綜合孔徑系統如星載綜合孔徑輻射計，由于天線數目過多，系統結構和信號處理將非常復雜，此外龐大的數據量也是一個不可忽視的重要問題。除了系統結構復雜外，綜合孔徑輻射計的靈活度也非常受限，其陣列的大小、形狀、陣元數目不能隨意改變。這些因素都限制了綜合孔徑技術的應用范圍。
[0003]使用非均勻采樣綜合孔徑輻射計可以大幅減少系統的硬件復雜度，增強系統使用的靈活度，同時也可大幅增加系統的無混疊視場范圍。但是，非均勻采樣綜合孔徑輻射計在對地遙感應用中最大的問題就是精度較差。由于非均勻采樣的綜合孔徑輻射計的精度較差，難以滿足對地遙感所需的精度要求。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上問題，本發明提供了一種適用于非均勻采樣綜合孔徑輻射計的陣列因子成型算法，該算法可提高非均勻采樣綜合孔徑輻射計的反演精度，同時也可以對系統誤差進行校正。該發明不僅可適用于非均勻采樣綜合孔徑輻射計，同時也可適用于均勻采樣綜合孔徑輻射計。對提高綜合孔徑輻射計的反演精度和空間分辨率有較好的效果O
[0005]本發明的目的在于通過陣列因子成型算法，提高綜合孔徑輻射計反演亮溫圖像的精度。該算法具有精度高、實用性強的優點。包括下述步驟:
[0006]S1:根據天線單元的位置坐標計算與天線單元對應的空間頻率域中的采樣點的位置。
[0007]具體數學過程可表示為:根據公式Uk = (X1-Xj)/ λ和vk = (Y1-Yj) / λ計算均勻或非均勻采樣綜合孔徑輻射計在空間頻率域中第k個采樣點的位置(uk，vk) ；(xi； yi)表示第i個天線單元在平面上的位置坐標，Cxj, Yj)表示第j個天線單元在平面上的位置坐標，λ為輻射計接收信號的波長。
[0008]假設有M個天線單元，則對應的采樣點為TV=Cl, M個，符號C表示組合運算，所以k = 1，2，....N。
[0009]S2:定義綜合孔徑輻射計的陣列因子為:
【權利要求】
1.一種綜合孔徑微波輻射計陣列因子成型方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟S1: 根據天線單元的位置坐標計算與天線單元對應的空間頻率域中的采樣點的位置(Uk, Vk)； 步驟S2:在每個采樣點(uk，vk)上乘以一個對應于該采樣點的系數ck，得到經過修正的陣列因子AFm(〖，η)，并選擇期望的陣列因子AFidealU, Π)，計算經過修正的陣列因子與期望陣列因子的誤差函數θ(ξ，η) = a.[AFffl(l, n)-AFideal ( ξ , η)]主波束+b*[AFm(l, n)-AFideal(l, η)] ，其中系數a和b用來調節主波束和旁瓣區間內的誤差的權重比例，是取值于區間(O，I]內的實數，在權重相同的情況下a = b = I ; 步驟S3:計算使得誤差函數θ(ξ，n)范數最小或者均方誤差最小條件下的系數C =[。0，。1，...，Cn-ι]; 步驟S4:將步驟S3中計算得到的系數Ck乘到相應的采樣點(uk，vk)上，得到修正后的陣列因子AF, (ξ，η)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括: 根據公式Uk = (X1-Xj)/ λ和Vk = (Y1-Yj) / λ計算綜合孔徑福射計在空間頻率域中第k個采樣點的位置(uk，vk); 其中(Xi, Yi)表示第i個天線單元在平面上的位置坐標，(Xj, Yj)表示第j個天線單元在平面上的位置坐標，λ為輻射計接收信號的波長，其中k=0，1，2，....N-l，AT=Ct為M個天線單元所對應的采樣點個數，i = l,2,——M, j = I, 2,——M, i關j。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中經過修正的陣列因子為:
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中計算使得誤差函數均方誤差最小或范數最小條件下的系數具體為: 計算滿足公式
5.如權利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中的期望陣列因子AFideal(l，n)的選擇與應用場景相關:在對地遙感領域，應選擇合適的期望陣列因子AFidealU, n)，使得最終修正后的陣列因子AF' (ξ, η)具有較小的旁瓣；而在深空探測或空中目標探測領域也應該選擇合適的期望陣列因子AFideal ( ξ，η)，使得最終修正后的陣列因子AF' (ξ，Π)具有較窄的主波束。
6.如權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，所述期望陣列因子AFidealU,n)為: AFideal ( ξ , η) = δ ( ξ , η), δ (.)表示單位沖激函數；或
【文檔編號】G06F19/00GK103955602SQ201410140849
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】李青俠, 豐勵, 陳柯, 李育芳 申請人:華中科技大學