专利名称：一维镜像综合孔径辐射成像方法
技术领域：
本发明涉及微波遥感及探测技术领域，具体涉及一维镜像综合孔径图像重建方 法。
背景技术：
综合孔径辐射计利用多个离散的小天线合成较大的实孔径，采用稀疏阵列排布， 大大减少了天线的质量和体积，解决了分辨率与孔径尺寸之间的固有矛盾。但是这种优势 是以系统结构和信号处理复杂度为代价的，特别是对于大型综合孔径系统如星载综合孔径 辐射计，由于阵元数目过多，系统结构和信号处理将非常复杂，此外庞大的数据量也是一个 不可忽视的重要问题。这些因素都限制了系统性能的进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一维镜像综合孔径辐射成像方法，该方法使用较少的 天线数目获取传统大型综合孔径提供的高分辨率，有效降低传统综合孔径成像系统结构的 复杂度和信号处理的复杂度。一种基于共线天线阵列的综合孔径辐射成像方法，包括以下步骤(1)设立一个垂直于天线阵列的反射面，使得被测场景的辐射信号通过两个路径 被天线阵列接收，其中第一路径为辐射信号直接被天线阵列接收，第二路径为辐射信号经 过反射面反射被天线阵列接收；(2)天线阵列中每根天线对来自二个路径的辐射信号进行加和，并通过模数转换 得到数字辐射信号；(3)计算两两天线的相关输出Rij = Etb.bj]，Etb.bj]表示第i与第j根天线的数 字辐射信号乘积；(4)利用相关输出，采用方式A或B重建场景亮温图像；方式A具体如下Al.构建相关输出Rij与余弦可见度CVO的关系方程Rij = CV (Xi-Xj) -CV (Xi+Xj)；其中，Xi, Xj分别为第i和j根天线与反射面的间距；A2.改变天线阵列或者反射面位置，重复步骤(2)和(3)构建更多的相关输出Rij 与余弦可见度cvo的关系方程，联立求解得到各方程式中的余弦可见度cvo ；A3.通过反余弦变换重建场景亮温图像
「W Τ(θ) = Au CV (0) + 2^ CF (//J cos( Ijrnn sin θ) Un= nAu
_η=\_f汐)表示场景在θ方位上的亮温，θ表示辐射信号与反射面的夹角，Au表示天 线阵列的相邻天线的最小间距，正整数N取值保证CV(un)，η = 1,2, L，N能在步骤Α2的求 解结果中查询到；
方式B具体如下Bi.将被测场景区域θ e
按照角度均勻划分为M个小区域Ak = {θ I θ e [ji (k-l)/2M，Jik/2M]}，θ表示辐射信号与反射面的夹角，，k = 1，2，L，M;令这 M个小区域的中心位置表示为6k = Ji (2k-l)/4M；B2.计算M个区域的冲激响应向量gk = R1^2 Λ R^l Rl2 Rk2, Λ R\h Λ RkLL]其中，T表示转置，L表示天线阵列的阵元个数，第i与j根天线的相关输出 < 采用直接计算得至IJ Rl =CF(Xi-Xj)-CF(X^Xj),X1,Xj分别为第i和j根天线与反射面的间距，
￡Joo θ = θ, π'{2_
CV(U) = 2\JS(0k)cos(2msm θ) θ，W) = {0 没鴻且J，⑷=1;或者第i与j根天线的相关输出<采用间接计算得到将参考辐射点源置于纯净 背景环境下的θ k处，按照步骤(1) C3)方式计算得到相关输出；B3.利用冲激响应向量重建场景亮温图像T = G+VjG+表示冲激响应矩阵G的广义 逆矩阵，G= [gl g2 L gM], V = [R11 R12 A Ril R22 R23 Λ R2l Λ RJt，上标 T 表示转置。本发明的技术效果体现在本发明通过设置一个垂直于天线阵列的反射面，使得 被测场景的辐射信号通过二条路径被天线阵列接收。再通过变换方法使得被测场景的辐射 信号等效于被二个天线阵列所接收，从而获取了传统方法二倍的阵元数。本发明以小阵元 数获取传统的大阵元数综合孔径成像系统的成像性能，有效降低传统综合孔径成像系统结 构的复杂度和信号处理的复杂度。
图1为一维镜像综合孔径的示意图；图2为被测场景辐射信号示意图；图3为本发明方法的硬件原理框图；图4为本发明实例的天线阵列排布图；图5为本发明与传统一维综合孔径成像方法的仿真结果比较示意图，其中，图 5(a)和图5(b)分别为仿真一中传统方法和本发明效果示意图，图5(c)和图5(d)分别为仿 真二中传统方法和本发明效果示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。本发明利用相关输出、余弦可见度、场景亮温(亮度温度)分布之间的关系，通过 求解线性方程组求解余弦可见度，然后通过反余弦变换或者通过求解冲激响应矩阵的广义 逆矩阵的方式重建场景亮温分布，具体原理如下设立一个垂直于天线阵列的反射面，使得被测场景的辐射信号通过两个路径被天 线阵列接收，其中第一路径为辐射信号直接被天线阵列接收，第二路径为辐射信号经过反 射面反射被天线阵列接收。
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参照图1，天线阵列位于χ正半轴上。反射面位于χ = 0平面内，被观测场景位于 y = h平面内。从图中可知，位于横坐标Xi处(单位为天线阵工作波长)的第i个天线接 收到的信号bi(t)由二条路径的信号加和而成(t为离散时间变量)，表示为
权利要求
1. 一维镜像综合孔径辐射成像方法，包括以下步骤(1)设立一个垂直于天线阵列的反射面，使得被测场景的辐射信号通过两个路径被天 线阵列接收，其中第一路径为辐射信号直接被天线阵列接收，第二路径为辐射信号经过反 射面反射被天线阵列接收；(2)天线阵列中每根天线对来自二个路径的辐射信号进行加和，并通过模数转换得到 数字辐射信号；(3)计算两两天线的相关输出Rij= Etb.bj], Etb.bj]表示第i与第j根天线的数字辐 射信号乘积；(4)利用相关输出，采用方式A或B重建场景亮温图像； 方式A具体如下Al.构建相关输出Ru与余弦可见度CVO的关系方程Rij = CV(Xi-Xj)-CV(X^Xj)；其中，Xi, Xj分别为第i和j根天线与反射面的间距；A2.改变天线阵列或者反射面位置，重复步骤(2)和(3)构建更多的相关输出Ru与余 弦可见度CVO的关系方程，联立求解得到各方程式中的余弦可见度CVO ； A3.通过反余弦变换重建场景亮温图像ΓN_Τ (θ) = Au CV (0) + 2^ CV (Un) cos( Ittuh sin θ) un = nAu_n=\_Γ汐)表示场景在θ方位上的亮温，θ表示辐射信号与反射面的夹角，Au表示天线阵 列的相邻天线的最小间距，正整数N取值保证CV(un)，η = 1,2, L，N能在步骤Α2的求解结 果中查询到；方式B具体如下Bi.将被测场景区域θ e
按照角度均勻划分为M个小区域Ak = {θ I θ e [ji (k-l)/2M，Jik/2M]}，θ表示辐射信号与反射面的夹角，，k = 1，2，L，M;令这 M个小区域的中心位置表示为6k = Ji (2k-l)/4M； B2.计算M个区域的冲激响应向量= [K K Λ RklL Rk22 Rk23 Λ Rk2l Λ RkLL] 其中，T表示转置，L表示天线阵列的阵元个数，第i与j根天线的相关输出增采用直接计算得到” =CF(Xl-Xj)-CF(X^Xj),πχ" Xj分别为第i和j根天线与反射面的间CV(u) = 2) cos( Ittu sin θ) θ ,JO οο θ = θ, π,Γ2-[ο或者第i与j根天线的相关输出 < 采用间接计算得到将参考辐射点源置于纯净背景 环境下的Qk处，按照步骤(1) (3)方式计算得到相关输出；B3.利用冲激响应向量重建场景亮温图像T = G+VjG+表示冲激响应矩阵G的广义逆矩 阵，G= [gl g2 L gM], V = [R11 R12 A Ril R22 R23 Λ R2l Λ I LL]T，上标 T 表示转置。
全文摘要
本发明提供了一维镜像综合孔径辐射成像方法，利用相关输出、余弦可见度、场景亮温分布之间的关系，构建线性方程组求解得到余弦可见度，然后通过反余弦变换或者求解冲激响应矩阵的广义逆矩阵的方式重建场景亮温分布。本发明以小阵元数获取传统的大阵元数综合孔径成像系统的成像性能，有效降低传统综合孔径成像系统结构的复杂度和信号处理的复杂度。
文档编号G01S7/02GK102087359SQ201010557820
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者吕容川, 李 浩, 李青侠, 段崇棣, 陈良兵, 靳榕 申请人:华中科技大学, 西安空间无线电技术研究所