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。

一种结合亮温图像和子空间分解的RFI定位算法

射频干扰(radio frequency interference,RFI)对L波段综合孔径辐射计遥感数据造成了严重污染,降低了产品质量。RFI检测定位是处理RFI的关键步骤。传统的基于亮温图像的定位算法受到仪器角分辨率的限制,无法有效分离相邻的RFI。为了实现更高的空间分辨率,基于子空间分解技术的多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法被提出。然而,当亮温图像的信噪比较低时,背景和噪声对子空间分解的准确性影响较大,进而降低了MUSIC算法的定位性能。文章通过结合亮温图像和子空间分解两种方法的优点,提出了一种融合改进定位方法。该方法通过在亮温图像域中消除背景场景、增强目标射频干扰,2次提高了图像信噪比,在频域中,利用子空间分解和MUSIC算法实现超分辨率和高精度定位。通过对土壤湿度和海洋盐度(soil moisture and ocean salinity,SMOS)卫星数据进行实验和仿真验证,证明了文章提出的方法在低信噪比情况下优于传统的MUSIC算法和基于亮温的定位算法。此外,在对多个弱RFI源的定位上,该方法的定位精度也优于基于点源波纹的弱RFI检测定位算法。

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。

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。

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。

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。

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。

FPIR系统多通道射频干扰信号检测技术的优化分析

近年来微波辐射计的应用越来越重要,尤其是FPIR(Full Polarization Interferometric Radiometer)技术的提出,使得辐射计得到了进一步的发展应用。与此同时,由于地球电磁干扰环境日益复杂,也使得辐射计的应用受到了极大的限制。本文主要是利用FPIR系统辐射计中多通道的技术来优化射频干扰信号检测的环境,提升检测的效率。本文详细的阐述了FPIR系统多通道信号产生的原理,采用时频分析的方法对干扰信号进行检测,并且利用MATLAB软件对FPIR系统多通道的影响进行仿真实验和验证;在此基础上,优化了时频分析方法的检测效果,并通过实验仿真在实践中验证了多通道技术优化检测环境的可行性和有效性。

星载一维综合孔径微波辐射计海洋盐度探测任务仿真及外部误差源分析

基于Matlab平台搭建一维综合孔径仿真系统,根据系统的组成结构及工作过程建立模型,主要包括目标场景生成模块、辐射计系统仿真模块和图像重构模块。目标场景生成模块输出天线视在亮温;辐射计系统仿真模块根据综合孔径辐射计测量原理并结合一维天线阵列,生成可见度函数;图像重构模块利用二维天线方向图转换的方法,实现可见度函数到亮温的转换。利用该系统能够仿真太阳和银河在视场中位置的年际变化,评估太阳和银河直射在一年中对系统输出亮温造成的干扰偏差。