综合孔径干涉辐射计系统仿真

为预测实际综合孔径干涉辐射计(synthetic aperture interferometric radiometer,SAIR)的系统性能,提出了一种基于系统信号流图的SAIR系统仿真技术,通过计算信号路径上各节点信号的均值和方差,生成高斯分布随机视函数集,采用离散傅里叶变换(discrete fourier transform,DFT)算法重构视场内的亮温分布,经过两点法校准得到最终的SAIR图像。利用该技术仿真了T型天线配置、每臂30元的SAIR系统在不同积分时间下对均匀背景上热点源的成像,仿真图像的信噪比与理论值吻合良好。仿真了同样天线阵配置,不同基线误差、通道幅相误差和不可分幅相误差水平下非理想SAIR系统的成像效果和亮温误差。仿真结果证明了该仿真技术的有效性。

BHU-2D干涉综合孔径微波辐射计反演算法研究

BHU-2D干涉综合孔径微波辐射计是北京航空航天大学电磁工程实验室研制的一套10单元、T形阵列、8mm波段二维干涉综合孔径原理样机,文章针对其在实验室环境下的快速傅立叶变换(FFT)反演算法和G矩阵反演算法进行了计算机仿真。在FFT算法中,分析了校正残余误差对反演成像的影响;在G矩阵算法中,分析了成像距离误差和可视度测量误差对反演成像的影响。最后用BHU-2D干涉综合孔径微波辐射计对"U"形人造目标进行了实际成像,实验结果和仿真结果取得了较好的一致性,结果表明在BHU-2D干涉综合孔径微波辐射计中FFT反演算法比G矩阵反演算法具有更好的实用性和稳定性。

信道互耦和不平衡度对综合孔径微波辐射计复相关干涉测量的影响分析及其校准

本文分析了信道互耦和不平衡度对干涉式综合孔径微波辐射计复相关干涉测量的影响 .分析表明干涉测量误差的主要来源是信道的相位不平衡度 .实现信道中心频率的相位精度就可以保证干涉相位的精度 ,而通道内的残余相位差只会引起干涉相关度的降低 .通过相干 /不相干噪声校准 ,就可以对信道不平衡引起的干涉相关测量误差进行修正 .

一种二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法

提出了一种基于相位补偿的二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法.从干涉综合孔径辐射计的成像原理和近场应用情况出发,分析了快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)反演算法在近场条件下存在的问题,并采用相位补偿的方法,提出了一种近场数值反演算法.对点目标用FFT算法和近场成像算法进行了成像仿真,仿真结果表明近场成像算法比FFT算法具有更高的空间分辨率.用一套8 mm波段二元干涉综合孔径辐射计对人工双点源场景进行了成像实验,实验结果证明了该近场算法的有效性.

本振相位噪声对干涉式综合孔径辐射计性能的影响

从两路接收信号的相关系数方面分析相位噪声对毫米波综合孔径辐射计的影响。利用非线性方法对本振信号的相位噪声建立的模型进行仿真。研究了在相关系数幅度和相位不同的允许误差范围内对本振相位噪声的指标要求。

综合孔径微波辐射计天线单元互耦的影响及其校正

本文建立了综合孔径微波辐射计天线单元之间互耦对于综合孔径成像的影响的模型，分析了天线单元之间的互耦对于综合孔径微波辐射计分辨率的影响．给出了校正天线单元互耦作用影响的方法，在此基础上提出了一种综合孔径微波辐射计的定标方法．通过数值模拟，证明了所提出的方法的有效性．

CGLS算法在综合孔径微波辐射计中的应用

高效的反演成像算法是综合孔径微波辐射计的关键技术之一。由于综合孔径微波辐射计反演成像在数学上是病态的反问题,所以需要进行正则化处理以克服其病态特性而获得稳定的解。与直接正则化方法相比,共轭梯度最小二乘(Conjugate Gradients Least Squares,CGLS)迭代法具有无须明确正则化参数、无须对传递矩阵求逆等优点。提出将共轭梯度最小二乘法应用于综合孔径辐射计成像中,并基于全极化干涉式微波辐射计(Full Polarization Interferometric Radiometer,FPIR)系统,比较了其与经典的最小范数正则化的性能。仿真结果表明:与最小范数正则化相比,CGLS正则化算法能有效降低FPIR系统图像反演误差,以获取高精确度的观测场景的亮温分布满足FPIR系统探测海面风场、海表面盐度和土壤湿度等应用需求。

L波段数字相关综合孔径辐射计的研制

进行了L波段双通道数字相关综合孔径辐射计原理样机的研制,论述了样机系统的结构与设计.综合孔径辐射计的工作原理是通过测量目标场景亮温的空间频域分布,再对其反演得到场景的亮温分布,其基础是干涉测量.使用1.4 GHz的噪声源和模拟移相器,通过对系统输出进行数字互相关处理,进行了样机系统的干涉测量原理性实验.实验结果表明:系统可将双通道之间的相位差完整地测量出来,解决了综合孔径干涉式辐射计技术中的数字互相关处理这一关键技术.

一种一维综合孔径微波辐射计的定标方法

综合孔径微波辐射计是被动微波遥感发展的新方向。综合孔径技术利用了以小口径天线阵列合成大的观测口径的技术,解决了在较低频率时天线物理口径要足够大才能得到期望的空间分辨率的严重缺陷。土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水气循环的重要因素。这些参数一般是在L波段范围观测得到,综合孔径辐射计就是减少天线孔径和重量,并最终可以观测反演出这两个参数的一项新兴技术。综合孔径辐射计不同于全功率辐射计,它测量的是视场亮温分布对于天线阵中不同基线长度的可视度函数分量。它的系统主体是稀疏天线阵和多通道相关接收机。在实际应用中,要得到土壤湿度等参数的反演,较高的系统亮温分辨率以及亮温与测量量之间的准确对应是至关重要的,这即是定标工作要完成的任务。定标直接影响微波辐射图解译和判读的准确度,是实现定量化微波遥感的前提。针对一维综合孔径辐射计系统,给出了一种定标方案。其中分析了天线阵以及多通道相关接收机部分的定标,由得到的矩阵形式的空间频率响应信息推出了亮温图像的反演公式。

海洋遥感综合孔径微波辐射计系统误差的降低

被动微波遥感是海洋遥感的一项重要手段,可以测量一些重要的海洋参数,如海表面盐度、海表面风矢量等。综合孔径微波辐射计是目前被动微波遥感领域的一个研究热点。然而,由于综合孔径辐射计在空间频率上只能覆盖有限的带宽,无法获取观测目标的高频分量,所以即使不存在G矩阵误差和辐射噪声情况下,依然存在固有的系统误差。针对固有的系统误差,提出了一种系统误差降低方法应用于FPIR系统中。仿真结果表明：该方法能够有效降低FPIR系统误差,获取高精确度的亮温数据以满足测量海表面盐度和海表面风矢量等应用需求。

一种低冗余二维综合孔径辐射计天线阵列布局

干涉综合孔径微波辐射计是利用孔径合成技术实现高分辨率的无源微波雷达成像系统,天线阵的优化设计是系统设计中的一个关键问题。文章提出了一种利用一维低冗余线性阵列构造低冗余二维天线阵列的方法,并将其设计阵列的冗余度与常规‘U’形、‘T’形阵列的冗余度进行了分析比较。分析结果表明,当天线单元数目足够多时,文中提出的阵列布局方式比常规的‘U’形、‘T’形阵列布局方式可节省11%～19%的通道数目。

高灵敏度多倍冗余综合孔径辐射计

针对给定空域亮温成像的辐射计在成像时间受限条件下温度灵敏度难以提高的问题,在分析典型辐射计成像体制温度灵敏度基础上,提出了通过增大阵列稀疏比提高综合孔径辐射计温度灵度的方法。设计了一种具有多倍冗余基线的稀疏阵列配置,阵面单元可构成多个T型稀疏子阵,每个T子阵独立实现综合孔径辐射计亮温图像重构,并通过多幅亮温图像平均提高辐射计温度灵敏度。系统设计中引入阵列稀疏比作为设计自由度,可实现综合孔径辐射计温度灵敏度、空间分辨率和硬件复杂度的最佳平衡。提出了多倍冗余综合孔径辐射计亮温图像重构算法,分析了温度灵敏度性能。给出了满阵为11×20单元均匀矩形阵列的多倍冗余综合孔径辐射计设计实例,计算了不同阵列稀疏比时系统温度改善度,仿真了典型阵列配置的亮温成像效果。结果表明,冗余倍数1~20的系统温度灵敏度比相同孔径的均匀密布阵全功率辐射计提高1.5~8 dB,图像信噪比改善4.5~11 dB,温度灵敏度比稀疏阵综合孔径辐射计理论值损失为1.3~3.7 dB。

干涉合成孔径辐射计的相位误差分析

干涉合成孔径辐射计是一种被动成像手段,可以根据目标和背景的亮温差别,实现目标探测功能,在揭露伪装、发现隐蔽目标方面有应用价值。介绍了干涉综合孔径辐射计成像基本原理,给出了一种毫米波干涉综合孔径成像系统的系统结构,分析了通道间相位误差对其性能的影响,设计了消除相位误差的校准方案,并对校准方案进行了仿真分析。

综合孔径辐射计同心圆形阵排列优化

使用微粒群优化算法(PSO),对干涉式综合孔径微波辐射计(SAIR)系统中带有多个圆环的同心圆形阵(CCA)进行优化处理,以获得在视场范围内较低的峰值旁瓣电平(PSLL)。优化结果显示,在同样的系统空间分辨率条件下,优化后的CCA比未优化的仅有一个圆环的CCA具有更低的PSLL和更少的天线个数。基于上述理论,给出了一个简单的2环CCA优化设计和相关仿真来进行说明。

综合孔径微波辐射计的发展与应用展望

本文简单介绍了综合孔径成像的基本原理, 国内外干涉式综合孔径辐射计的发展现状, 包括美国ES？RAR, 欧空局SMOS卫星的主载荷MIRAS, 中科院CASC/X, 北京航空航天大学的BHU-2D, 中科院GIM等, 并对干涉式综合孔径辐射计的发展进行了总结与展望.

Ka波段双通道相关辐射计的设计与实验

给出了Ka波段零中频双通道相关辐射计的设计,对双通道的数字相关性能进行了理论分析,并开展了双通道相关辐射计的数字相关实验、移相实验和干涉条纹测试实验。实验结果表明:当输入功率为500K的噪声信号时,可见度函数相角的标准差为1.60°;可见度函数随移相器相位变化的曲线以及干涉条纹曲线与理论仿真的结果都较为接近。

干涉式综合孔径微波辐射测量的统计分布模型

建立了数字相关式综合孔径微波辐射计干涉测量的统计分布模型.在信号样本统计独立的假设条件下,基于复威沙特分布推导了归一化干涉幅度和干涉相位的概率密度函数的解析表达式.针对实际情况中毗邻样本相关性引起的模型失真问题,引入有效取样数因子对模型进行修正.提出了幅度矩量法估计有效取样数,根据干涉幅度的二阶矩进行计算,快速简便.实验结果表明,经过有效取样数修正后,干涉幅度和相位的概率密度函数与实测数据的直方图基本相符.

干涉式被动微波成像仪二维频谱特征及误差分析

干涉式被动微波成像仪(干涉式综合孔径微波辐射计)利用不同距离的干涉天线对形成的基线对视场范围内亮温分布的空间频谱进行采样,进而反演得到亮温图像。首先介绍了干涉式被动微波成像仪的基本工作原理,在此基础上分析了空间图像的二维频谱特征,并能利用这些特征从采样频谱中初步分析出原始亮温中的某些特殊分布,证实了在反演亮温存在明显振荡的情况下,可以从振荡方向判断存在误差的基线的大致位置。还分析了成像仪的天线位置误差、信道的幅度和相位误差以及天线方向图误差对反演亮温的影响及特点。这些分析将为从反演图像判断干涉式被动微波成像仪误差类型和来源提供重要的判别依据,并为后续的反演图像增强算法的设计提供重要的参考。

基于加权L1范数最小化原则的被动毫米波InSAR成像算法

与传统毫米波干涉式综合孔径辐射计成像方法相比,基于L范数最小化原理的成像模型由于只利用了部分干涉测量值,因此可以在很小的计算量下得到同样的高分辨率,这一优点使得L范数最小化成像算法成为一种重要的毫米波干涉式综合孔径辐射计成像方法。但由于其在目前的模型中采用了非自适应的随机测量矩阵,因此L范数最小化成像算法往往并不能获得最稀疏的解并会导致在求解过程中出现奇异值。为解决这些问题,利用毫米波In SAR图像的稀疏性和部分先验信息,本文提出了一种基于加权L1范数最小化原则的被动毫米波In SAR成像算法。本文所提算法利用迭代加权L1范数最小化原则来加强In SAR图像的重构过程中的稀疏性,利用由能量泛函所定义的先验信息来对重构过程进行进一步约束,可对不同复杂的场景进行快速的高分辨率成像。实验结果验证了本文所提算法的有效性和鲁棒性。

183.31 GHz二单元干涉仪实验研究

干涉综合孔径技术的应用使得辐射计有效解决了实孔径分辨率低、星载天线机械扫描技术困难等一系列问题。183.31GHz干涉式综合孔径辐射计对于大气水汽的垂直分布探测、强降雨探测以及云中液态含水量探测等具有重要作用,为数值天气预报提供重要参数。以验证183.31GHz全尺度样机原理功能为目的,研制了183.31GHz二单元干涉仪,并给出了功能性测试结果。