一種基于旋轉(zhuǎn)分時采樣的綜合孔徑輻射計相位自定標方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)分時采樣綜合孔徑輻射計領(lǐng)域，尤其涉及一種基于旋轉(zhuǎn)分時采樣 的綜合孔徑輻射計的相位自定標方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 被動微波遙感綜合孔徑成像技術(shù)，最早應(yīng)用于射電天文領(lǐng)域，后來在衛(wèi)星遙感對 地觀測領(lǐng)域取得成功應(yīng)用。該技術(shù)使用干涉儀進行干涉測量成像，可縮短天線實際物理尺 寸，利用小尺寸天線接收到的信號進行孔徑合成，從而獲得足夠的空間分辨率。在保證成像 時間及圖像指標的前提下，為盡可能降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，可利用天線單元數(shù)目較少的稀疏 陣列通過旋轉(zhuǎn)完成分時采樣，對非稀疏陣列進行等效，在犧牲時間分辨率的前提下降低了 系統(tǒng)的成本，從而用相對簡單的系統(tǒng)獲得了較高空間分辨率的圖像。
[0003] 被動遙感儀器都需要定標來精確地修正儀器結(jié)構(gòu)自身的誤差，確定儀器輸出與目 標真實輸入之間的關(guān)系，實現(xiàn)儀器輸出數(shù)據(jù)定量化，滿足應(yīng)用需求?；诰C合孔徑原理的成 像輻射計在設(shè)計實現(xiàn)上的一大難點就是對原始信號的定標校正。綜合孔徑輻射計采用干涉 測量成像，而干涉對信號的相位非常敏感，因此綜合孔徑輻射計在幅度定標的同時還需要 考慮相位的定標。
[0004] 現(xiàn)有的綜合孔徑輻射計，通常采用公共噪聲注入的方式進行相位定標(Corbella I,Torres F,Camps A,et al.MIRAS end-to-end calibration:application to SM0S Llprocessor:IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2005,Volume 43， Section 5，pp. 1126-1134.)。其基本原理為，將一公共噪聲源的信號經(jīng)過多路功分后注入 到不同的接收機中，根據(jù)相關(guān)器的結(jié)果計算出通道兩兩間的相位差。該方法原理簡單，且在 理論上對所有的綜合孔徑輻射計均適用。但該方法在實現(xiàn)中會遇到各種問題，由于對信號 源的功分具有不一致性，因此需要引入高低兩個公共噪聲源，如果一個公共噪聲源功分網(wǎng) 絡(luò)難以有效覆蓋全部接收機，則需要引入多個公共噪聲源網(wǎng)絡(luò)進行有重疊的覆蓋，從而實 現(xiàn)所有接收機的兩兩相位校正。該方法在實際應(yīng)用中對器件的穩(wěn)定性要求高，并且在硬件 上會引入復(fù)雜的定標專用結(jié)構(gòu)。當綜合孔徑輻射計的工作頻率較高時，比如毫米波或亞毫 米波綜合孔徑輻射計，由于受器件加工工藝的限制，該方法很難實現(xiàn)。
[0005] 另外，綜合孔徑福射計的相位定標還可采用自定標的方法(Torres F,Tanner A B,Brown S T,et al.Analysis of Array Distortion in a Microwave Interferometric Radiometer:Application to the GeoSTAR Project：IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2007,Volume 45，Section 7，pp. 1958-1966·)。將綜合孔徑 輻射計進行旋轉(zhuǎn)測量和冗余基線測量，利用旋轉(zhuǎn)冗余信息和基線冗余信息可構(gòu)成冗余方程 組，然后解得各通道的相位。該方法的優(yōu)點在于不需要輻射計自身測量結(jié)構(gòu)以外的相位定 標硬件機構(gòu)。但是，以往的這種相位自定標方法的缺點在于，冗余方程的信噪比很差，需依 靠外部點源目標或類似點源目標來保證冗余方程的信噪比；以往的綜合孔徑輻射計往往采 用靜止成像模式，即在成像過程中，陣列靜止不動，因此需要分配單獨的相位定標時間，通 過陣列的旋轉(zhuǎn)完成相位定標；以往的相位定標方法對于方程解產(chǎn)生的相位模糊問題無法通 過自身數(shù)據(jù)進行消除，需依靠對各通道相位信息的提前預(yù)估完成相位去模糊(Jin R，Li Q， Chen K，et al.An On-Board External Calibration Method for Aperture Synthesis Radiometer by Rotation:Geoscience&Remote Sensing Letters IEEE，2012，Volume 9， Section 5,pp.901-905.)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，為突破現(xiàn)有的綜合孔徑輻射計相位定標技術(shù)的困境，克服現(xiàn) 有相位自定標對目標源的依賴，本發(fā)明提供了一種基于旋轉(zhuǎn)分時采樣的綜合孔徑輻射計的 相位自定標方法，該相位自定標方法針對旋轉(zhuǎn)分時采樣體制的綜合孔徑輻射計，利用時間 加權(quán)平均和基線幅度加權(quán)的方式提高了冗余方程組的信噪比，與去模糊預(yù)置信息相結(jié)合， 提出了一套完備的相位自定標方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于旋轉(zhuǎn)分時采樣的綜合孔徑輻射計的相位 自定標方法，該方法包含如下步驟：
[0008] 步驟1)利用綜合孔徑輻射計測量獲得的冗余測量數(shù)據(jù)構(gòu)建去噪優(yōu)化的冗余方程 組，并對其進行求解，得到帶有相位模糊的初步通道相位結(jié)果；
[0009] 步驟2)利用去模糊處理預(yù)置信息對帶有相位模糊的初步通道相位結(jié)果進行去模 糊處理，得到無模糊的當前通道相位測量結(jié)果；
[0010] 步驟3)利用無模糊的當前通道相位測量結(jié)果和通道相位模型，進行優(yōu)化濾波，得 到最終通道相位結(jié)果，并完成對通道相位模型的更新。
[0011] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述去噪優(yōu)化的冗余方程組包含去噪優(yōu)化的旋 轉(zhuǎn)冗余方程組和去噪優(yōu)化的基線冗余方程組;所述的去噪優(yōu)化的旋轉(zhuǎn)冗余方程組的每一方 程均通過旋轉(zhuǎn)共輒冗余測量經(jīng)時間加權(quán)平均和基線幅度加權(quán)得到，所述去噪優(yōu)化的基線冗 余方程組的每一方程均通過冗余基線測量經(jīng)時間加權(quán)平均和基線幅度加權(quán)得到。
[0012] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述相位自定標方法將根據(jù)旋轉(zhuǎn)分時采樣綜合 孔徑輻射計對目標測量過程中的冗余測量信息進行相位自定標，所述相位自定標流程與目 標觀測同步進行，所述旋轉(zhuǎn)分時采樣的綜合孔徑輻射計的旋轉(zhuǎn)角度2 180°。
[0013] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述去噪優(yōu)化的旋轉(zhuǎn)冗余方程組的構(gòu)建步驟 為：
[0014] 步驟101)對于任意基線ab，在陣列旋轉(zhuǎn)角度Θ和Θ+3Ι時，測量得到一組旋轉(zhuǎn)共輒冗 余測量數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟102)取步驟101)中測量得到的多組旋轉(zhuǎn)共輒冗余測量數(shù)據(jù)經(jīng)時間加權(quán)平均， 構(gòu)成去噪優(yōu)化的基線旋轉(zhuǎn)冗余方程，所述的時間加權(quán)平均是根據(jù)多組旋轉(zhuǎn)共輒冗余測量數(shù) 據(jù)的幅值大小進行加權(quán)求平均；
[0016] 步驟103)取步驟102)中計算得到的η個去噪優(yōu)化的基線旋轉(zhuǎn)冗余方程經(jīng)基線幅度 加權(quán)后進行聯(lián)立，形成去噪優(yōu)化的旋轉(zhuǎn)冗余方程組，所述的基線幅度加權(quán)是根據(jù)基線旋轉(zhuǎn) 一圈測量數(shù)據(jù)的幅值平均值大小進行加權(quán)。
[0017] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述去噪優(yōu)化的基線冗余方程組的構(gòu)建步驟 為：
[0018] 步驟201)對于等長的冗余基線ab和cd在傾斜角度Θ時，測量得到一組基線冗余測 量數(shù)據(jù)；
[0019] 步驟202)取步驟201)中測量得到的多組基線冗余測量數(shù)據(jù)經(jīng)時間加權(quán)平均后構(gòu) 成去噪優(yōu)化的基線冗余方程，所述的時間加權(quán)平均是根據(jù)多組基線冗余測量數(shù)據(jù)的幅值大 小進行加權(quán)求平均；
[0020] 步驟203)取步驟202)中計算得到的η個去噪優(yōu)化的基線冗余方程經(jīng)基線幅度加權(quán) 后進行聯(lián)立，形成去噪優(yōu)化的基線冗余方程組，所述的基線幅度加權(quán)是根據(jù)冗余基線旋轉(zhuǎn) 一圈測量數(shù)據(jù)的幅值平均值大小進行加權(quán)。
[0021] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的去模糊處理預(yù)置信息包含超短基線相位 預(yù)置信息，所述的超短基線相位預(yù)置信息通過對天線陣列中的前η組基線的電尺寸長度進 行預(yù)估得到。具體過程為將天線陣列形成的所有基線按照由短到長的順序排列，其中最短 的基線為第1組，以此類推，設(shè)陣列基線共有Ν組，則n SN。由于前η組基線長度短，對目標的 細節(jié)不敏感，因此可依據(jù)其電尺寸長度，對其相位進行合理預(yù)估。
[0022] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述的去模糊處理預(yù)置信息包含陣列冗余基線 信息，所述的陣列冗余基線信息根據(jù)天線陣列的冗余基線進行構(gòu)建，對于冗余基線ab和冗 余基線cd，其在相同傾斜角度下的理想測量值相同。如果兩個冗余基線中的一個冗余基線 已經(jīng)完成相位去模糊，則依據(jù)冗余基線測量結(jié)果相等的原理，可對另一個冗余基線進行去 模糊處理。
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