基于滤波反投影算法的自旋式综合孔径辐射计分辨率与灵敏度分析

针对自旋式稀疏阵列综合孔径微波辐射计近似于极坐标的采样方式下成像算法复杂、系统参数估计困难等问题,该文提出一种基于滤波反投影算法的系统参数估计方法。该方法通过对极坐标下狄拉克采样梳子函数进行1维傅里叶-汉克尔变换得到系统的点扩散函数,并根据点扩散函数主副瓣分解,重点分析了径向与角度方向采样间隔对无混叠视场范围的影响以及主瓣宽度对应的分辨率。该文同时利用滤波反投影算法推导了自旋式稀疏阵列辐射灵敏度的估计方法。数值仿真与实测点源响应函数的一致性表明了该模型的精确性。

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。

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。

基于数据融合的分布式综合孔径微波辐射高分辨率成像算法

为了解决大型综合孔径微波辐射计系统随着分辨率需求的提高,天线规模和系统复杂度随之增加的难题,提出了一种基于数据融合的分布式综合孔径微波辐射计成像算法。首先建立了数据融合模型,其次详细地介绍了数据融合算法,最后开展了地面验证实验,并对实验结果进行处理。理论和实验结果均表明:该数据融合算法是可行的,能有效提高系统图像的分辨率;同时为后续被动微波遥感从数据维角度提高空间分辨率提供了一种新的解决方法。

基于双模型的综合孔径辐射计成像反演方法

针对综合孔径成像中,基于单一模型的成像反演方法难以有效应对模型误差,进行准确图像重构的问题,提出了一种基于双模型(DM)的综合孔径成像反演方法,用于校正反演模型的参数误差,并对目标场景进行高精度的毫米波图像重构。鉴于傅里叶变换(MFFT)模型和G矩阵(GM)模型参数敏感性不同的特性,提出的DM方法首先通过比较两种模型的重构误差,对存在误差的成像参数进行准确校正;然后在精确GM模型的基础上,借助改进的正则化方法重建出高精度的目标图像。经仿真实验证明,相比于传统的单模型成像方法,提出的DM方法能够有效校正成像模型的参数误差,并对目标场景进行高精度的毫米波图像重构。

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。

近场毫米波综合孔径辐射计自校正成像方法

毫米波综合孔径辐射计作为一种高分辨、高精度的实时被动成像系统,在众多领域有着极强的应用前景。但受近场球面波和成像模型误差的影响,基于传统远场模型的成像方法难以进行准确的近场反演,限制了综合孔径辐射计的近场应用。为此本文提出一种自校正成像反演方法,能够对复杂的近距目标场景实现精确的成像反演。首先依据近场成像机理构建高精度的综合孔径成像模型,提高成像模型的描述精度;随后依据图像清晰度对模型敏感参量R进行分区校准,进一步降低成像模型的参数误差;最终借助正则化方法对目标场景进行分区域重构反演,得出准确的近场毫米波图像。实验结果表明,相比于传统的综合孔径成像方法,提出的近场自校正成像法能够对复杂的近距目标场景实现更为准确的成像反演。

用于电磁检测的综合孔径辐射计成像研究

干涉式综合孔径被动辐射计成像技术广泛应用于被动式毫米波成像。就综合孔径成像的基本原理进行了介绍,但应用于近场成像时综合孔径被动成像算法失效。主要分析了综合孔径成像的远场算法,针对远场算法中亮温函数与可适度函数之间存在的傅里叶变换对的关系,通过对亮温函数进行校正,使其与可视度函数仍存在傅里叶变换对的关系,满足近场计算条件。同时,就其应用于电磁检测的具体技术细节及分辨率进行了分析讨论。根据近场校正算法进行仿真,并对成像结果进行了分析。

毫米波综合孔径辐射计成像及去噪算法研究

毫米波干涉综合孔径辐射计成像(InSAR)系统通过对接收的毫米波辐射信号进行复相关运算获得场景的可见度函数,再通过反演运算得到目标场景的亮温分布图像。这种干涉测量方式,极大地提高了系统的分辨率和灵敏度等探测性能,但是获取的毫米波图像往往受场景噪声和系统噪声影响严重。针对这一不足,本文首先利用毫米波干涉综合孔径辐射成像系统进行多次成像实验,然后研究了一种改进的非局部均值图像去噪算法,用于对毫米波辐射图像进行去噪处理,实验表明本文研究的算法改善了被动图像的图像质量,使得图像更加容易观察和识别。

G矩阵修正法在一维综合孔径微波辐射计成像中的应用

1维综合孔径微波辐射计通常会采用G矩阵模型法来实现亮温图像的重建。对于1维辐射计系统,成像过程主要包含:辐射计仪器观测2维全视场的目标场景亮温,得到1维的可见度函数采样值,再通过对系统参数矩阵G求逆来实现目标场景的1维图像重建。由于1维辐射计系统的采样基线只分布在空间频率域的1个维度上,所以在图像重建过程中,需要实现矩阵G从2维到1维的转换。对此,该文提出了两种适用于1维综合孔径微波辐射计成像的G矩阵修正方法。并针对目前已经完成的8单元辐射计地面样机系统和目前正在研制的10单元盐度计样机系统,通过理论分析和仿真实验,验证了G矩阵修正法对1维综合孔径微波辐射计成像结果的改善效果,以及对天线方向图旁瓣恶化所引入成像误差的有效抑制。

毫米波综合孔径辐射计近场成像研究

毫米波综合孔径成像辐射计通过小口径天线构成的天线阵来探测目标场景的毫米波辐射信号,然后再利用两个天线的复相关运算来得到该目标场景的互相关函数,从而反演得到目标场景的亮温分布图像。但由于受到近场球面波的影响,近场情况下的综合孔径成像原理改变,基于远场近似条件的传统综合孔径成像方法已不再适于对近场综合孔径进行准确的图像反演。因此本文针对近场综合孔径的成像特性开展毫米波综合孔径近场成像技术研究,确立适于近场综合孔径成像的成像方法。实验结果表明,相比于传统成像方法,基于仿真结果的相位校正近场反演成像方法能有效减少成像误差。

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。

二维圆周阵列综合孔径微波辐射计信道误差分析

给出了一种综合孔径微波辐射计二维圆周非均匀分布阵列的排布方案,并在此基础上分析了信道串扰、信道不平衡、系统噪声等产生的误差,建立了各种误差的特性仿真模型。然后给出了各误差的补偿方法及噪声的消除方法,通过BG反演算法实现了在各种误差下的亮温反演,证明了以上误差补偿的有效性。

小波离散点插值处理在综合孔径微波辐射计中的应用

土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水体循环的重要因素,但是对土壤湿度和海水盐度的测量都需要较低的微波测量频率,这时天线孔径和空间分辨率的矛盾就更加突出,而应用综合孔径微波辐射计就是在减小天线孔径和重量的前提下提高空间分辨率的一项新兴的被动微波遥感技术。综合孔径微波辐射计测量的是视场范围内亮温分布对于天线阵中不同基线的干涉天线单元之间的可见度函数分量,根据测得的可见度函数可以反演得到亮温图像。在综合孔径微波辐射计设计中,天线阵列设计和成像反演算法是两项关键技术。提出一种基于小波变换的离散点插值方法,它对二维综合孔径微波辐射计的Fourier成像反演算法进行了修正处理。

镜像综合孔径微波辐射成像原理验证实验研究

为验证镜像综合孔径微波辐射成像的原理,设计了V波段镜像综合孔径辐射成像原理实验系统(MAS-V),介绍了系统组成及原理并进行了电暖器辐射成像及空间分辨率实验,电暖器热辐射部分清晰可见,且轮廓与光学图像结果一致。实验结果表明:镜像综合孔径微波辐射成像的原理正确。对于相同的天线阵列,镜像综合孔径的空间分辨率优于常规综合孔径,约为其2倍。若增大反射板与天线阵列的距离,镜像综合孔径的空间分辨率将进一步提高。研究结果为镜像综合孔径微波辐射成像方法应用于静止轨道大气遥感提供了参考。