[其他]精确测量干涉辐射计中的相对速度的方法和设备

说明书

一种用于精确地测量干涉仪和被扫描场景的相对速度的方法和设备。该设备利用匹配滤波器技术，把建立在高相对速度和低相对速度的估计值基础上的参考信号同输入的干涉信号相关，并可控地调整直至使相关值最大。可控调整后的参考信号则用来产生相对速度的非常准确而又精确的测量结果。

本发明一般地涉及使用扫描干涉仪的辐射度成像器，更具体地涉及用于精确测量干涉仪和被扫描场景间的相对速度的方法和设备。

辐射度成像器有很多实际应用，包括大地的、天文的和海洋的特征的测绘，大气中的水汽的测量，雨和海洋表面温度的测量，以及水文现象和云层的底面状态或雨的估计。

由Carl A.Wiley在1984年5月7日申请的序列号为607848，题目为“干涉辐射计”的美国专利申请中，描述了一种扫描干涉仪的辐射度成像器。在那篇申请中公开的辐射计使用了一种有一系列予定宽度的灵敏度波瓣的条纹方向图的干涉仪。当该干涉仪扫描场景时，就产生一个建立在扫描仪视场范围内的所有辐射体的叠加贡献基础上的干涉信号。利用一个予定的特征信号或匹配滤波器参考信号，可重建这个在扫描方向上的场景的射频辐射。其中的匹配滤波器参考信号相应于当干涉仪扫描处在扫描场景中的单个的、固定辐射体时产生的干涉信号。更可取的方法是，取干涉仪信号的快速付里叶变换，并乘以匹配滤波器参考信号的快速付里叶变换的复数共轭，随后计算上述乘积信号的逆付里叶变换，以压缩该数据。压缩后的数据表示位于扫描场内的所有点辐射源的位置和强度。在时间域内使用卷积法或互相关法，把干涉仪信号同存贮的匹配滤波器信号相比较，也可以得到基本上类似的结果。

在以前的申请中描述的辐射度成像器要求使用一个同由扫描单个的固定辐射体产生的干涉仪信号精确相符的匹配滤波器信号。因为适当的匹配滤波器信号是随干涉仪和被扫描场景的相对切向速度而变化的，因而，不掌握精确的相对速度就无法达到正确的成像。这个切向速度相当于干涉仪相对于场景的真实速度除以距离，即V/H。

在这以前，已利用若干可能的技术来确定干涉仪和被扫描场景的相对切向速度，但没有一种技术是完全满意的。一种技术是测量场景中的各个点辐射体穿过干涉仪的相继的波瓣的速率。另一种技术是利用三角测量术去确定在予定时间周期内干涉仪位置的变化。虽然，这些用来确定相对速度的技术一般来说是有效的，但它们被认为是使问题不必要地复杂化了，或者不能足够准确地去建立所需分辨力的辐射度图象。

因此，意识到有一种需要，即改进测量辐射度成像器中的干涉仪相对于被扫描场景的切向速度的方法和设备，它既没有不必要地复杂化，且又不太贵，而又能提供高精度的相对速度的测量结果。本发明将完全满足这种需要。

本发明具体化为一种测量干涉仪和被扫描场景的相对切向速度的设备及有关的方法。使用的手段是使来自干涉仪的信号同一个特征信号或匹配滤波器参考信号相关，为使相关值最大，要可控地调整参考信号。匹配滤波器参考信号相当于以予定相对速度扫描单个点辐射源时产生的干涉仪信号。相关装置是把这个匹配滤波器参考信号同干涉信号相关，以产生相应的误差信号。响应相关信号的反馈装置，可控地调整参考信号，以基本上使相关值最大。因此，本设备能以高效、可靠的方式产生干涉仪和被扫描场景之间的相对移动速度的精确测量结果。

更具体地说，本发明的设备是辐射度成像器的一部分，本发明设备的各个单元全都迭代地工作，所以能逐次地产生更准确的相对速度的测量结果。在本发明的一个实施例中，参考信号装置提供两个匹配滤波器参考信号，其中之一对应于予定的高相对速度，另一个则对应于予定的低相对速度。相关装置使干涉信号同上述两个参考信号相关以产生高相关信号和低相关信号，去供反馈装置处理。每一次迭代，反馈装置可控地调整参考信号装置，使之产生的高参考信号和低参考信号，逐次地更准确地接近最佳参考信号。当最终达到最佳参考信号时，它表示干涉仪和被扫描场景的精确的相对速度。

在本发明的其它形式中，反馈装置还能比较由高相关信号和低相关信号确定的功率电平，并产生一个相应的误差信号，以可控地调整参考信号装置。当两个确定的功率电平彼此基本上相等时，该设备就确定相对速度的测量结果基本上等于对应的高速和低速之间的中间值的速度。在这种设备中，还能包括有用于把高相关信号和低相关信号同予定的门限比较的电平限制装置，只有当两个相关信号都超过对应的门限时，才容许比较它们各自的功率电平。