综合孔径微波辐射计的射频干扰源空间角度稀疏贝叶斯估计方法

该文提出一种综合孔径微波辐射计射频干扰源(RFI)空间稀疏贝叶斯估计方法。首先建立了综合孔径微波辐射计可见度函数干涉测量模型,观测数据表示为综合孔径天线基线对相关导向矢量观测矩阵与视场亮温的乘积,由于相关导向矢量观测矩阵的正交性和RFI空间角度分布的稀疏性,亮温在基线对相关导向矢量观测矩阵正交基所构成的支撑域中的变换系数是稀疏的。该文在稀疏贝叶斯学习(SBL)框架下对亮温进行稀疏重构。该方法在无需稀疏度和正则化参数等先验信息前提下也能获得较高的重构性能。计算机仿真验证了该方法的有效性。

星载综合孔径微波辐射计冗余空间定标方法研究

星载综合孔径微波辐射计系统为了实现更好的辐射测量性能,在地面对通道间剩余相位通过相位定标实验进行测量,其结果用于亮温重构时对通道间剩余相位进行补偿。冗余空间定标方法基于自身阵列冗余基线信息,该方法无需额外资源支持即可对星载综合孔径微波辐射计系统定标,可作为一种在轨的验证方案对系统综合孔径微波辐射计系统通道间剩余相位进行评估。系统性的介绍了基于星载综合孔径微波辐射计系统观测到的场景,冗余空间定标方法以及对平坦场景提出利用模拟的平坦目标响应相位修正的方法,可在点源场景、平坦场景下利用冗余空间定标方法求解通道间剩余相位,并结合仿真验证该方法的可行性。

基于冷空观测单元的综合孔径微波辐射计幅度定标方法

微波辐射计通过定标获取目标准确的亮温,是数据定量化应用的必要手段.综合孔径微波辐射计由多个辐射计单元组成,定标需求从单一接收机扩展至所有接收单元.噪声注入是包括综合孔径微波辐射计在内的固定波束指向辐射计所常用的定标方法.作为定标参考的噪声二极管在轨会受到温度影响发生短期波动,并受器件老化影响发生长期漂移,从而导致系统定标精度恶化.针对上述问题,提出一种基于冷空观测单元的综合孔径辐射计幅度定标方法.通过设计专门的冷空观测辐射计通道,对综合孔径辐射计的公共噪声源进行实时标定,减小其噪声温度不确定性对综合孔径辐射计系统所有观测通道幅度定标的影响.结合中国海洋盐度探测卫星主被动探测仪中K波段一维综合孔径辐射计的实际系统方案,建立了辐射计系统模型及定标模型,开展了数值仿真及样机定标实验验证.仿真及实验结果验证了方法的有效性.

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法,其实现包含两个关键要素:系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前,在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上,对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍,并对成像精度进行了分析,验证了整体定标的可行性。接着,提出了在轨G矩阵定标方法,并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法,该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵,能够简化分步定标各系统参数的定标过程,实现符合设计的成像精度,为后续高精度的图像重构算法提供保证,给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。

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．

综合孔径微波辐射计的技术发展及其应用展望

介绍了综合孔径微波辐射计成像的基本原理,回顾了干涉式综合孔径技术在过去十余年间的发展历程,较详细地介绍并分析了目前世界上已有或在研的综合孔径微波辐射计系统,其中包括美国的ESTAR及其2D-STAR,GeoSTAR计划,欧空局SMOS计划上的主载荷MIRAS,芬兰赫尔辛基技术大学的HUT-2D,以及中科院空间中心研制的C波段及X波段综合孔径微波辐射计等。最后,对干涉式综合孔径技术的应用前景作了简要介绍与展望。

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。

机载综合孔径辐射计用于目标探测的性能分析

探讨了机载综合孔径辐射计的技术参数与探测目标的最大探测距离之间的关系,推导了综合孔径辐射计微波辐射图像对比度的计算公式,给出了综合孔径辐射计探测目标最大距离的计算方法,研究了积分时间累积对探测距离的影响.以T型天线阵列为例,对机载综合孔径辐射计探测亮度温度对比度为200 K左右的金属目标的性能进行了分析,计算结果表明:该机载综合孔径辐射计能够以150 m/s的飞行速度探测到距离10 km远处半径为4 m的金属圆目标.

综合孔径微波辐射计信道误差分析与标定

本文首先建立了综合孔径微波辐射计的信道模型 ,在此基础上分析了信道的幅度相位不平衡以及信道间串扰对反演亮温的影响 ,并给出了系统仿真结果 .本文还提出了一种新的系统定标方案 ,与传统定标方法相比 ,该方法可以非常方便的获取高精度的系统调制G矩阵用于亮温反演 .

改进的G矩阵模型法在全极化综合孔径辐射计中的应用

反演成像是综合孔径微波辐射计的一项关键内容,但反演过程是欠定的,不能提供一个确定解.针对综合孔径辐射计中常用反演算法:G矩阵模型法存在较大反演误差的问题,提出了一种改进的G矩阵模型法应用于FPIR系统中.仿真结果表明,与传统的G矩阵模型法相比,改进的G矩阵模型法能有效地降低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、土壤湿度等应用需求.

8mm波段二维综合孔径微波辐射计(BHU-2D)

介绍了二维综合孔径微波辐射计BHU-2D成像原理、系统构成及性能指标、校正方法、部分成像实验及其成像结果.BHU-2D工作在8mm波段,共有10个接收单元,天线阵列为T形结构,接收机为二次变频超外差结构,I/Q解调及相关运算采用了数字方式并通过软件实现,采用点辐射源校正方法及背景对消反演算法校正系统通道间不一致、相关偏置及混叠误差.目前,BHU-2D已经研制完成,并进行了系统测试及成像实验,得到了室内人工场景及人物场景的辐射亮温分布图像.

Ka波段毫米波综合孔径辐射计成像研究

华中科技大学电磁场与微波技术中心已经设计并研制出一套工作于Ka波段的16阵元一维毫米波综合孔径辐射成像系统HUST-ASR,样机采用了最小冗余稀疏直线阵列以及先进的数字相关技术。阵列幅相误差对综合孔径辐射计成像会产生严重影响,文中提出一种不增加系统硬件复杂度、易于实现的单外部辅助源校正方法,给出在辐射计低信噪比条件下的校正算法,并进行了成像试验验证。试验结果表明,该校正方法能够有效校正毫米波综合孔径辐射计的幅相误差,经过校正后的成像系统对自然场景实现了非常清晰的毫米波综合孔径亮温图像,空间分辨率达到0.64°,证明该系统具有良好的成像性能。

毫米波超综合孔径辐射计成像技术

在深入了解超综合孔径辐射计的工作原理和成像性能的基础上,首次推导了超综合孔径辐射计在近场条件下采用傅氏反演方法进行成像的基本理论,并给出了超综合孔径辐射计的空间分辨率和灵敏度公式。随后,研制了由两个天线单元组成的最简单的毫米波超综合孔径辐射计原理样机,并分别用傅氏反演法和传统的匹配滤波法成功地反演得到了一维噪声点源的图像。实验结果验证了傅氏反演方法的正确性以及毫米波超综合孔径辐射计的成像能力,最后对超综合孔径辐射计和干涉式综合孔径辐射计的工作特点进行了比较。

综合孔径微波辐射计顺轨方向亮温反演算法的研究

本文利用卷积理论对综合孔径微波辐射计在顺轨方向的孔径综合进行了理论分析 ,给出了在一定条件下的基线设计 ,并且分别利用矩量法和基于Backus Gilbert理论的线性算法两种数值方法进行了顺轨方向地物亮温的反演 .数值模拟结果表明 ,在顺轨方向有效稀疏天线阵设计的基础上 ,亮温反演达到了很高的精度 .

综合孔径微波辐射计及其反演成像

介绍了综合孔径微波辐射计的基本思想 ,以及对地观测的综合孔径微波辐射计与综合孔径射电天文望远镜的区别。给出了综合孔径微波辐射计任意基线干涉测量的可见度函数与基线参数的关系 ,推导了可见度函数的一般表达式和综合孔径微波辐射计亮度温度反演的一般函数空间表示。

综合孔径辐射计二维稀疏天线阵列排列方法

稀疏天线阵列设计是干涉式综合孔径微波辐射计的一个重要研究内容。文中提出了一种综合孔径辐射计二维稀疏天线阵列的排列方法,该方法适于构造阵元数任意大的二维稀疏阵。从理论上证明了该方法构造的二维稀疏阵在(u,v)平面采样覆盖的完备性,导出了由该方法构造的二维稀疏阵的冗余度理论上限,并证明其优于U、T型阵。理论分析和仿真结果均表明,与相同阵元数的U、T型阵比较,该方法构造的二维稀疏阵可获得更多的空间频率采样点数、更大的(u,v)平面覆盖面积,从而实现更高的空间分辨率。该方法对综合孔径辐射计的二维天线阵列设计具有参考价值。

基于微分进化算法的综合孔径辐射计圆阵优化

依据二维综合孔径微波辐射计的反演成像原理及天线阵列分布的基本思想,引入微分进化算法优化设计圆周天线阵列分布。以阵列最小冗余及空间频率采样点均匀分布距离最大化为目标函数,得到了16～40个天线单元二维圆周阵列的优化分布结果。与常用的模拟退火算法相比,该算法的优化结果更优,计算时间更短。

二维综合孔径微波辐射计成像理论与方法研究

本文在顺轨方向孔径综合技术的理论研究的基础之上 ,对星载二维成像综合孔径微波辐射计的成像理论进行了分析 ,讨论了二种不同的基线结构方案 ,并对相应的可见度函数采样方案和成像反演算法进行了讨论 .

综合孔径辐射计空中隐身目标探测性能分析

微波辐射信号是"似噪"的随机信号,综合孔径辐射计反演图像具有随机特性。建立了综合孔径辐射计反演图像的统计分布模型,提出了基于综合孔径辐射计反演图像的目标检测概率计算方法,给出了综合孔径辐射计的最大探测距离方程。并以100单元T型天线阵列为例,分析了综合孔径辐射计用于空中隐身目标探测的性能,通过仿真进行了实验验证。论文研究结果将为综合孔径辐射计技术在隐身目标探测中的应用提供理论依据。

综合孔径辐射计反演成像算法研究

高效的反演成像算法是综合孔径辐射计成像的关键技术之一。提出一种基于视场细分的改进反演成像算法,将视场细分成多个矩形子区域,利用反演亮温与可视度函数的傅里叶变换关系,得到每个子视场的反演亮温。通过理论证明和仿真计算表明:该算法可使系统中未消除的误差分量对亮温反演的影响最小,与常用的BG算法对比分析:表明了新算法的正确性和有效性,且计算速度快。