[发明专利]一种基于延时相关的二维综合孔径辐射计成像方法及系统

说明书

本发明属于二维综合孔径辐射计成像技术领域，公开了一种基于延时相关的二维综合孔径辐射计成像方法及系统，利用辐射信号不相关的特点，将各个天线接收的模拟信号延时、相加后输入一个通道，经AD采样、自相关、傅里叶反演处理最终获得亮温图像。本发明将延时相关的思想与传统综合孔径微波辐射计相结合，在算法层面降低了互相关矩阵R和可见度函数V的计算复杂度。传统二维综合孔径成像算法是获得天线的互相关函数值，再将函数值依据基线差分类相加；但是本发明在基于延时相关的二维综合孔径成像算法中仅将延时相加数据的自相关函数与基线差一一对应即可，提升了信号处理效率，以较小的代价解决了传统综合孔径信号处理繁琐的问题。

技术领域

本发明属于二维综合孔径辐射计成像技术领域，尤其涉及一种基于延时相关的二维综合孔径辐射计成像方法及系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：突发性气象灾害已经对人类的生产生活造成日益严重的危害，而在全球和区域范围内对大气温度湿度三维分析的预报都是通过气象卫星上的遥感载荷对大气探测来实现，因此发展静止轨道气象卫星微波载荷及时预测突发性气象灾害是迫切的需求。

实孔径微波辐射计因其难以实现星上大孔径扫描微波天线而无法满足测量要求，空间分辨率低成为地球静止轨道气象卫星上实现微波载荷的主要技术障碍。为了提高地球静止轨道气象卫星微波大气探测的空间分辨率，综合孔径微波辐射计的研究被提出并形成一系列的成果。

传统综合孔径微波辐射计就是利用稀疏天线阵列和复相关接收，将阵列的单元天线成对组成许多具有不同基线的二元干涉仪，测量空间频率域的可见度函数采样，然后通过校正和反演算法得到场景亮温图像。其核心就是获取不同基线长度的可见度函数，以最基础的二元干涉仪来解释其原理。二元干涉仪如图2所示，将两路接受通道的输出信号直接相关，称为同相相关；将其中的一路信号进行90度相移之后在相关，称为正交相关。二者合起来称为复相关。同相相关分量记作V_I(u,v)，正交相关分量记作V_Q(u,v)。

复相关器的输出可以表示成：

V＝V_I+V_Q

V_I＝＜Y_i(t)Y_k(t)＞

其中，“·”表示求时间平均，“^”代表希尔伯特变换，其实际作用是实现90度的相移，Y_i(t)、Y_k(t)分别表示通道的输出信号。这就可以获取相应基线长度的可见度，扩展至整个天线阵列就可以求得不同基线长度的可见度函数了。但是传统综合孔径辐射计在提高了空间分辨率的同时又带来了其他问题：系统结构复杂、信号处理繁琐。因此，亟需一种新的综合孔径辐射计成像方法，以克服传统综合孔径辐射计系统缺陷。

综上所述，现有技术存在的问题是：天线数目过多而造成的天线位置偏移，天线互偶，方向图不一致性等问题；通道数目过多而造成的通道不一致性等问题导致误差校正困难。同时大型系统往往需要几百个天线和几万个相关器，无论从成本还是系统质量角度考虑都具有劣势。传统综合孔径辐射计系统结构复杂、信号处理繁琐。

解决上述技术问题的难度：在研究误差校正方法过程中，由于综合孔径基本理论的固有限制导致系统实现更加复杂化，而减少天线个数又会使空间分辨率达不到要求。

解决上述技术问题的意义：能够很好的优化成像系统的结构，降低信号处理的难度，保证成像质量，同时解决成本高和系统质量重的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于延时相关的二维综合孔径辐射计成像方法及系统。