[发明专利]均匀圆阵列综合孔径辐射计亮温反演成像方法

说明书

本发明公开的一种均匀圆阵列综合孔径辐射计亮温反演成像方法，旨在提供一种反演精度高，能够缩短反演计算时间的UCSAIR亮温反演成像方法。本发明通过下述技术方案实现：在建立谱域极坐标系下，以UCSAIR基线谱域极径从小到大为行序、基线谱域极角从小到大为列序，将对应的可见度函数排列成可见度函数矩阵形式；然后进行一维横向插值和横向FFT，再进行一维纵向插值，计算快速汉克尔变换格点对应数值，并进行纵向汉克尔变换，然后进行横向一维傅里叶逆变换，变换后的矩阵经过亮温标定即得到空间极坐标下观察空间各点亮温分布矩阵，根据亮温分布矩阵元素位置与空间方向对应关系显示亮温图像，实现亮温反演成像。

技术领域

本发明涉及一种综合孔径辐射计(SyntheticalApertureInterferentialRadiometer，SAIR) 亮温反演成像算法。

背景技术

综合孔径微波辐射计(SAIR)技术源于射电天文学“孔径综合”的思想，将多个小口径天线合成为一个等效的大口径天线，可有效解决传统微波辐射计天线口径有限、机械扫描困难等问题，提高了空间分辨率。综合孔径辐射计是一种采用稀疏天线阵列的辐射计系统，利用相关接收机对观测场景的空间频率域分量——可见度函数进行测量，进而通过反演算法，根据测量得到的可见度函数反演出观测场景的辐射亮温分布实现成像，并获得较高的空间高分辨率。综合微波辐射计采用小口径天线稀疏布阵以代替大口径窄波束定向天线，降低了天线加工、安装及扫描伺服系统的难度，具有体积小、重量轻等优点，并可同时实现较大成像视场范围和较高空间分辨率，在大气、海洋、植被和土壤湿度的测量等方面获得广泛应用，在射电天文观测以及辐射计探测系统中也有较高的应用价值。

SAIR是由大量的孔径尺寸很小的单元组成的天线阵中不同空间位置的天线单元两两组合成天线对，并对天线对输出信号进行干涉测量，得到对应的“基线”的可见度函数。基线即是以波长归一化的天线对相对位置几何矢量，一个基线就是空间频率域一个点，许多个天线对可以构成不同长度和方向的基线，其对应的可见度函数称之为可见度采样点。在 SAIR系统的反演成像中，就是根据空间频率域上这些采样点，通过使用适合于阵列的反演算法，如G矩阵、NUFFT、傅立叶反演等进行数值处理以达到可以重建目标场景亮温图，图像上的每个点代表目标物体的辐射亮温值，所得到的图称之为反演亮温图。

SAIR的阵列排布由布阵空间形状、单元天线数量、天线间距等因素决定，SAIR系统的空间频率域采样点的分布形状和数量又由阵列所构成的所有基线决定，同时基线分布也会影响综合孔径阵列的方向图特性，如峰值旁瓣、主波束宽度等，进而影响着对观测目标进行亮温反演图像的质量、阵列的空间分辨率、无混叠视场范围以及系统灵敏度等探测性能。

综合孔径辐射计有多种天线配置方式，目前，主要的天线阵列类型有L型、U型、T型、Y型、十字型阵及圆形平面阵等，标准的U型、Y型和T型排布的阵列形式在谱域采样区域为矩形或六边形，区域内部为等间隔均匀分布。由于空间频率域均匀采样的综合孔径辐射计要求其单元天线必须规则排列，而单元天线规则排列的阵列必然会存在大量的冗余基线。虽然冗余基线可以通过求加权平均来减小系统噪声，但是冗余基线对提高系统的空间分辨率没有任何帮助，天线规则排列的要求限制了综合孔径技术应用的灵活性。非均匀采样综合孔径辐射计不要求天线单元规则排列，在实际应用中具有较好的灵活性，其在空间频率域的采样是非均匀的，其冗余基线非常少，甚至接近于零，使用合适的算法可使非均匀采样综合孔径辐射计具有更高的硬件效率。但非均匀采样综合孔径辐射计在实用中也有明显的缺点，就是其反演算法过于复杂且通常存在反演误差，当算法性能不理想时，将导致反演图像分辨率下降、亮温精度较差和系统函数旁瓣较大等缺陷，从而降低了反演亮温图像的质量，同时也会导致反演计算量增大和成像实时性变差，不能满足对地遥感等应用的精度和实时性需求。