一种综合孔径微波辐射计阵列因子成型方法
【专利摘要】本发明公开了一种综合孔径微波辐射计阵列因子成型方法，包括：根据天线单元的位置坐标计算与天线单元对应的空间频率域中的采样点的位置；在每个采样点上乘以一个对应于该采样点的系数，得到经过修正的阵列因子，并选择期望的阵列因子，计算经过修正的阵列因子与期望阵列因子的误差函数；计算使得误差函数范数最小或者均方误差最小条件下的系数；将上述计算得到的系数乘到相应的采样点上，得到修正后的阵列因子。经过修正后的阵列因子具有较小的旁瓣或较窄的主波束，提高非均匀采样综合孔径辐射计的反演精度；不仅适用于非均匀采样综合孔径辐射计，同时也适用于均匀采样综合孔径辐射计；对提高综合孔径辐射计的反演精度及空间分辨率有较好的效果。
【专利说明】一种综合孔径微波辐射计阵列因子成型方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波遥感及探测【技术领域】，更具体地，涉及一种综合孔径微波辐射计阵列因子成型方法，不仅用于地球遥感，还可用于月球遥感和深空探测等领域。
【背景技术】
[0002]综合孔径辐射计利用多个离散的小天线合成等效的大天线孔径，采用稀疏阵列排布，减少天线的质量和体积，可提高被动微波遥感的空间分辨率。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，由于天线数目过多，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。除了系统结构复杂外，综合孔径辐射计的灵活度也非常受限，其阵列的大小、形状、阵元数目不能随意改变。这些因素都限制了综合孔径技术的应用范围。
[0003]使用非均匀采样综合孔径辐射计可以大幅减少系统的硬件复杂度，增强系统使用的灵活度，同时也可大幅增加系统的无混叠视场范围。但是，非均匀采样综合孔径辐射计在对地遥感应用中最大的问题就是精度较差。由于非均匀采样的综合孔径辐射计的精度较差，难以满足对地遥感所需的精度要求。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上问题，本发明提供了一种适用于非均匀采样综合孔径辐射计的阵列因子成型算法，该算法可提高非均匀采样综合孔径辐射计的反演精度，同时也可以对系统误差进行校正。该发明不仅可适用于非均匀采样综合孔径辐射计，同时也可适用于均匀采样综合孔径辐射计。对提高综合孔径辐射计的反演精度和空间分辨率有较好的效果O
[0005]本发明的目的在于通过阵列因子成型算法，提高综合孔径辐射计反演亮温图像的精度。该算法具有精度高、实用性强的优点。包括下述步骤:
[0006]S1:根据天线单元的位置坐标计算与天线单元对应的空间频率域中的采样点的位置。
[0007]具体数学过程可表示为:根据公式Uk = (X1-Xj)/ λ和vk = (Y1-Yj) / λ计算均匀或非均匀采样综合孔径辐射计在空间频率域中第k个采样点的位置(uk，vk) ；(xi； yi)表示第i个天线单元在平面上的位置坐标，Cxj, Yj)表示第j个天线单元在平面上的位置坐标，λ为辐射计接收信号的波长。
[0008]假设有M个天线单元，则对应的采样点为TV=Cl, M个，符号C表示组合运算，所以k = 1，2，....N。
[0009]S2:定义综合孔径辐射计的阵列因子为:
【权利要求】
1.一种综合孔径微波辐射计阵列因子成型方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤S1: 根据天线单元的位置坐标计算与天线单元对应的空间频率域中的采样点的位置(Uk, Vk)； 步骤S2:在每个采样点(uk，vk)上乘以一个对应于该采样点的系数ck，得到经过修正的阵列因子AFm(〖，η)，并选择期望的阵列因子AFidealU, Π)，计算经过修正的阵列因子与期望阵列因子的误差函数θ(ξ，η) = a.[AFffl(l, n)-AFideal ( ξ , η)]主波束+b*[AFm(l, n)-AFideal(l, η)] ，其中系数a和b用来调节主波束和旁瓣区间内的误差的权重比例，是取值于区间(O，I]内的实数，在权重相同的情况下a = b = I ; 步骤S3:计算使得误差函数θ(ξ，n)范数最小或者均方误差最小条件下的系数C =[。0，。1，...，Cn-ι]; 步骤S4:将步骤S3中计算得到的系数Ck乘到相应的采样点(uk，vk)上，得到修正后的阵列因子AF, (ξ，η)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SI具体包括: 根据公式Uk = (X1-Xj)/ λ和Vk = (Y1-Yj) / λ计算综合孔径福射计在空间频率域中第k个采样点的位置(uk，vk); 其中(Xi, Yi)表示第i个天线单元在平面上的位置坐标，(Xj, Yj)表示第j个天线单元在平面上的位置坐标，λ为辐射计接收信号的波长，其中k=0，1，2，....N-l，AT=Ct为M个天线单元所对应的采样点个数，i = l,2,——M, j = I, 2,——M, i关j。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中经过修正的阵列因子为:
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中计算使得误差函数均方误差最小或范数最小条件下的系数具体为: 计算满足公式
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的期望阵列因子AFideal(l，n)的选择与应用场景相关:在对地遥感领域，应选择合适的期望阵列因子AFidealU, n)，使得最终修正后的阵列因子AF' (ξ, η)具有较小的旁瓣；而在深空探测或空中目标探测领域也应该选择合适的期望阵列因子AFideal ( ξ，η)，使得最终修正后的阵列因子AF' (ξ，Π)具有较窄的主波束。
6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述期望阵列因子AFidealU,n)为: AFideal ( ξ , η) = δ ( ξ , η), δ (.)表示单位冲激函数；或
【文档编号】G06F19/00GK103955602SQ201410140849
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】李青侠, 丰励, 陈柯, 李育芳 申请人:华中科技大学