基于差集的综合孔径圆环天线阵稀疏优化方法

稀疏天线阵列设计是综合孔径微波辐射计的一个重要研究内容。圆环阵因其可实现(u,v)平面基线矢量零冗余、结构简单以及共形、波束旋转对称等特点而备受关注。针对均匀圆环阵(UCA)基线长度(基线矢量的模)冗余量大的问题,提出了两种稀疏优化方法:一种是基于受限差集的半圆环阵稀疏方法;一种是基于循环差集的全圆环阵稀疏方法。这两种方法均可大大减少阵元数,节约硬件成本;且均可解析地求出稀疏阵元位置,运算量极小,适于任意大阵元数的圆环阵稀疏优化。通过阵列旋转和分时测量,这两种圆环稀疏阵可获得与UCA相同的空间频率采样。

一种获取大阵元数低冗余度线阵排列的方法

寻找大阵元数的低冗余度线阵(LRLA)排列,是一维综合孔径微波辐射计天线阵列设计的一个难点.本文在总结了低冗余度线阵排列的一般结构规律的基础上,提出了一种排列结构约束搜索的方法,能以较短的计算时间获得较优的大阵元数LRLA排列;作为该方法的应用实例,导出了多种LRLA排列的解析解,它们可以迅速地给出任意阵元数对应的多种LRLA排列.本文提出的方法及在此基础上得到的LRLA排列,对综合孔径辐射计的阵列设计具有参考价值.

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。

被动毫米波成像技术

综述了被动毫米波成像技术发展动态，并对焦平面阵列和干涉仪合成阵列两种先进的成像体制进行了原理和系统分析，介绍了一种新型的８ｍｍ数字式干涉仪阵列辐射计系统设计方案。

基于量子微粒群的综合孔径圆环阵排列方法

稀疏天线阵列设计是综合孔径微波辐射计的一个重要研究内容。圆环阵因其可实现(u,v)平面基线零冗余、结构简单以及共形、波束旋转对称等特点而备受关注。针对均匀圆环阵UV覆盖不均匀的问题,提出基于量子微粒群优化(QPSO)的综合孔径圆环阵排列方法,以改善圆环阵的UV覆盖。该方法引入量子行为的搜索机制,并设计一种新的圆环阵优化目标函数;与现有方法相比,该方法在提高全局搜索效率的同时,大大降低计算复杂度,且能更好地度量圆环阵UV覆盖的均匀程度。数值仿真结果验证了本文方法的有效性。

近程毫米波合成孔径辐射计成像算法

针对近程毫米波合成孔径辐射计成像存在非线性相位项和像差等因素影响而使图像模糊和分辨率降低的问题,在分析合成孔径成像和衍射成像的相似性的基础上,把衍射成像算法中的分数阶傅立叶变换和拉冬-魏格纳变换引入近程成像,通过在时频平面的相关和坐标旋转减小非线性相位项的影响,改善成像质量.同时提出了基于互强度传播方程的近程成像算法,通过两次傅立叶变换来消除成像模糊问题,同样提高成像质量.

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。

二维综合孔径微波辐射计误差分析

北航电磁工程实验室已经研制出的一套工作于8mm波段(34.07GHz)的10天线二维综合孔径微波辐射成像系统BHU-2D,其原理样机采用T形阵列。对其采用相关/不相关噪声注入法进行误差分析,实验结果表明:相关偏置的主要原因是采集板量化前的互相耦合;通道间相位不平衡误差为-53.89度,当积分时间为0.2秒时,其起伏不大于0.18度;由于采用数字解调,IQ非正交误差很小,可以忽略其影响,同时拟合出了条纹洗涤函数。

一种基于稀疏先验的综合孔径展源辐射成像统计反演方法

确定性的综合孔径辐射计反演方法没有考虑亮温分布先验信息的统计特性.针对亮温分布具有非连续特性的展源,本文提出了一种基于稀疏先验的综合孔径展源辐射成像统计反演方法.根据该方法,采用修正的差分算子提取亮温非连续分布展源中隐含的稀疏先验,建立稀疏先验概率分布的多层先验等效高斯模型,将图像反演等效为该模型超参数估计,并采用期望最大化算法估计该模型超参数.仿真和实验结果表明:与现有的综合孔径辐射计确定性反演方法相比,本文提出的反演方法不仅能有效提高反演图像的准确度,而且对综合孔径辐射计的各种误差鲁棒性更强.

接收机的非理想性对复相关值测量的影响

分析了矩形模型接收机频率响应的非理想性对综合孔径微波辐射计复相关值测量的影响.频率响应非理想性包括中心频率不一致、带宽不一致、群延迟不一致、本振相位不一致及带内波动,它们通过条纹洗涤函数产生复相关值测量误差.分析结果表明,群延迟不一致与本振相位不一致是产生复相关值相位误差的主要原因,中心频率不一致、带宽不一致、群延迟不一致及带内波动是产生复相关值幅度误差的主要原因,通过噪声注入法可校正这些幅度和相位误差,并用以上理论对北航二维综合孔径微波辐射计(BHU-2D)校正前后的误差进行了估计.

采用矢量调制器实时消除模拟相关偏置

在采用模拟复相关器的综合孔径辐射计中,模拟复相关器会受到很多因素(环境温度、信号串扰等)的影响而引入随时间变化的相关偏置。引入的相关偏置对高灵敏度室内综合孔径辐射计的影响很大,实时消除相关偏置是综合孔径辐射计设计中的关键点和难点。提出了一种采用矢量调制器实时消除模拟相关偏置的算法。通过算法推导和论证,在现有综合孔径辐射计中进行了验证,很好地解决了相关偏置问题,相关偏置的残余误差可以达到5%以内,校消的速度受限于积分时间,本文可以达到毫秒量级。本文算法简单易实现,也可广泛应用于其他需要实时消除此类干扰的系统中。

改进的星载合成孔径雷达天线方向图综合方法

天线方向图综合在星载合成孔径雷达(SAR)中抑制模糊提高系统性能方面起着非常关键的作用[1]。重新考虑了Sergio Barbarossa和Guido Levrini所提出来的天线方向图综合优化过程,将原方法所忽略的天线方向图与干扰功率分布的相互作用引入到优化过程当中,重新推导了一种迭代优化算法。改进后的方向图综合方法以提高信号强度与干扰信号强度的比值SIR(Signal-to-Interference Ratio)为目的,计算机仿真结果表明该方法在降低模糊度ASR(Ambiguity-to-Signal Ratio)方面较先前的结果有了明显提高。

综合孔径辐射计亮温反演算法研究

综合孔径辐射计通过干涉测量技术反演目标辐射亮温图像,属于空域傅里叶变换范畴,其中相关运算中由各阵元之间传输延时造成的空间解相关效应,对亮温反演结果具有重要影响.文章从空域频率采样的角度分析了反演算法,同时探讨了G矩阵相关性以及空间解相关效应对亮温反演的影响.在传统的BG(Backus-Gilbert)算法基础上,提出了补偿空间解相关效应的方法,利用去相关矩阵对带宽、通道不一致性造成的误差进行了补偿.

SMOS在轨定标概述

SMOS卫星的唯一载荷MIRAS是一个二维综合孔径微波辐射计,具有72个接收机以及约5 000个数字相关单元,是目前在轨的最复杂的综合孔径微波辐射计。MIRAS在轨定标采用分步定标的方法,将系统采用不同的定标方法分别进行校正。文章首先介绍了MIRAS定标系统的组成,其次介绍了系统定标的方法,最后介绍了在轨定标的过程。

一种实用的抗混叠星形天线阵列布局

8mm毫米波段综合孔径微波辐射计成像时,由于接收机尺寸的限制,基线最小间距过大,没有不混叠区域.背景对消法能消除小尺寸可移动物体成像中的混叠问题.而对于不可移动物体成像时,不能使用背景对消法来消除混叠.为了解决这种情况的混叠问题,本文提出了一种带子Y阵列的星形天线布局,这种布局能够将最小间距减小一半,因此能减少混叠程度.通过比较这种布局与Y形布局的仿真结果,表明此星形天线布局混叠较小,成像质量较高.

综合孔径辐射计多分辨率统计反演方法

确定性的综合孔径辐射计反演方法没有考虑亮温分布先验信息的统计特性;另一方面,该类反演方法也难以分析亮温分布离散化引起的离散化误差,因此往往将其忽略。为此,提出一种多分辨率统计反演方法,该反演方法能引入先验信息和离散化误差的统计特性。多分辨率统计反演方法的思想是将未知的亮温分布和综合孔径辐射计测量的可见度视为随机变量,并采用统计推断的方法进行综合孔径辐射计图像反演。根据这一思想,提出了一种先验协方差估计方法,建立了含有超参数的高斯先验模型;采用多分辨率分析建立了亮温分布的离散模型,根据该离散模型和高斯先验模型计算了离散化误差的概率分布;将综合孔径辐射计图像反演转换为超参数估计的问题,采用Newton-Raphson迭代算法对超参数进行了估计。理论分析、仿真和实验均表明:与传统的确定性的反演方法相比,多分辨率统计反演方法通过利用先验信息和离散化误差的统计特性,可有效提高综合孔径辐射计的成像性能。

一种新的综合孔径辐射计误差校正方法

综合孔径辐射计误差会严重影响系统的性能。文中提出了一种新的接收机误差校正方法。该方法包括一个校正矩阵和一种自动校正通道频率响应变化的方法。校正矩阵通过测量系统天线范围内的冲击响应得到。除了基线消条纹误差,该校正矩阵可以在图像重建过程中校正其他的接收机误差。自动校正方法则可以校正通道幅度和相位的时变误差。该方法能简化校正的步骤,减小了校正系统引入的额外误差。仿真结果表明,该校正方法能很好地改善综合孔径辐射计的成像质量。

基于先验信息的综合孔径辐射计误差校正方法

误差会严重影响综合孔径微波辐射计的成像性能,需要进行校正。但是,随着系统工作频率的提高和阵列尺寸的扩大,校正难度越来越大。文中提出一种基于先验信息的综合孔径微波辐射计误差校正方法。该校正方法包括一个基于先验信息的校正矩阵以及一种基于先验信息的CLEAN算法。首先,该校正方法将含有误差的系统响应作为先验信息构造校正矩阵,并校正得到初步的反演图像;然后,利用上述先验信息估计系统的阵列因子并代入基于先验信息的CLEAN算法,校正图像中剩余的误差。仿真和实验结果表明该校正方法能有效提高综合孔径微波辐射计的成像质量。该校正方法可以在图像反演过程中全面校正综合孔径微波辐射计的误差,降低对校正系统的硬件性能要求,适用于大阵列毫米波综合孔径微波辐射计的校正误差。

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。

镜像综合孔径辐射计接收机的单双边带选择

与综合孔径复相关接收不同,镜像综合孔径辐射计只需测量同相相关输出,为此镜像综合孔径辐射计与综合孔径辐射计的接收机结构也有明显区别,而镜像干扰分析对于辐射计接收机结构及单双边带选择尤为重要.为了分析镜像综合孔径辐射计接收机结构及单双边带选择,本文首先介绍了镜像综合孔径辐射计的接收机结构,然后从镜像综合孔径接收信号角度出发推导了镜像综合孔径辐射计接收机结构分别选择单、双边带工作模式下接收机通道相关函数表达式,分析其是否会产生镜频干扰.理论推导发现,镜像综合孔径辐射计在单、双边带工作模式下,都不会产生镜像干扰,唯一的区别在于双边带重建亮温的幅度是单边带的2倍.这是与综合孔径辐射计接收机结构在下变频、再I/Q解调且选择双边带模式时会产生镜像干扰最大的不同.最后,通过双点源和展源仿真验证了理论的正确性.研究结果可为实际应用中镜像综合孔径辐射计接收机单双边带选择提供参考.