專利名稱：一維鏡像綜合孔徑輻射成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波遙感及探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一維鏡像綜合孔徑圖像重建方 法。
背景技術(shù)：
綜合孔徑輻射計(jì)利用多個離散的小天線合成較大的實(shí)孔徑，采用稀疏陣列排布， 大大減少了天線的質(zhì)量和體積，解決了分辨率與孔徑尺寸之間的固有矛盾。但是這種優(yōu)勢 是以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理復(fù)雜度為代價的，特別是對于大型綜合孔徑系統(tǒng)如星載綜合孔徑 輻射計(jì)，由于陣元數(shù)目過多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理將非常復(fù)雜，此外龐大的數(shù)據(jù)量也是一個 不可忽視的重要問題。這些因素都限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種一維鏡像綜合孔徑輻射成像方法，該方法使用較少的 天線數(shù)目獲取傳統(tǒng)大型綜合孔徑提供的高分辨率，有效降低傳統(tǒng)綜合孔徑成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜度和信號處理的復(fù)雜度。一種基于共線天線陣列的綜合孔徑輻射成像方法，包括以下步驟(1)設(shè)立一個垂直于天線陣列的反射面，使得被測場景的輻射信號通過兩個路徑 被天線陣列接收，其中第一路徑為輻射信號直接被天線陣列接收，第二路徑為輻射信號經(jīng) 過反射面反射被天線陣列接收；(2)天線陣列中每根天線對來自二個路徑的輻射信號進(jìn)行加和，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 得到數(shù)字輻射信號；(3)計(jì)算兩兩天線的相關(guān)輸出Rij = Etb.bj]，Etb.bj]表示第i與第j根天線的數(shù) 字輻射信號乘積；(4)利用相關(guān)輸出，采用方式A或B重建場景亮溫圖像；方式A具體如下Al.構(gòu)建相關(guān)輸出Rij與余弦可見度CVO的關(guān)系方程Rij = CV (Xi-Xj) -CV (Xi+Xj)；其中，Xi, Xj分別為第i和j根天線與反射面的間距；A2.改變天線陣列或者反射面位置，重復(fù)步驟(2)和(3)構(gòu)建更多的相關(guān)輸出Rij 與余弦可見度cvo的關(guān)系方程，聯(lián)立求解得到各方程式中的余弦可見度cvo ；A3.通過反余弦變換重建場景亮溫圖像
「W Τ(θ) = Au CV (0) + 2^ CF (//J cos( Ijrnn sin θ) Un= nAu
_η=\_f汐)表示場景在θ方位上的亮溫，θ表示輻射信號與反射面的夾角，Au表示天 線陣列的相鄰天線的最小間距，正整數(shù)N取值保證CV(un)，η = 1,2, L，N能在步驟Α2的求 解結(jié)果中查詢到；
方式B具體如下Bi.將被測場景區(qū)域θ e
按照角度均勻劃分為M個小區(qū)域Ak = {θ I θ e [ji (k-l)/2M，Jik/2M]}，θ表示輻射信號與反射面的夾角，，k = 1，2，L，M;令這 M個小區(qū)域的中心位置表示為6k = Ji (2k-l)/4M；B2.計(jì)算M個區(qū)域的沖激響應(yīng)向量gk = R1^2 Λ R^l Rl2 Rk2, Λ R\h Λ RkLL]其中，T表示轉(zhuǎn)置，L表示天線陣列的陣元個數(shù)，第i與j根天線的相關(guān)輸出 < 采用直接計(jì)算得至IJ Rl =CF(Xi-Xj)-CF(X^Xj),X1,Xj分別為第i和j根天線與反射面的間距，
￡Joo θ = θ, π'{2_
CV(U) = 2\JS(0k)cos(2msm θ) θ，W) = {0 沒鴻且J，⑷=1;或者第i與j根天線的相關(guān)輸出<采用間接計(jì)算得到將參考輻射點(diǎn)源置于純凈 背景環(huán)境下的θ k處，按照步驟(1) C3)方式計(jì)算得到相關(guān)輸出；B3.利用沖激響應(yīng)向量重建場景亮溫圖像T = G+VjG+表示沖激響應(yīng)矩陣G的廣義 逆矩陣，G= [gl g2 L gM], V = [R11 R12 A Ril R22 R23 Λ R2l Λ RJt，上標(biāo) T 表示轉(zhuǎn)置。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明通過設(shè)置一個垂直于天線陣列的反射面，使得 被測場景的輻射信號通過二條路徑被天線陣列接收。再通過變換方法使得被測場景的輻射 信號等效于被二個天線陣列所接收，從而獲取了傳統(tǒng)方法二倍的陣元數(shù)。本發(fā)明以小陣元 數(shù)獲取傳統(tǒng)的大陣元數(shù)綜合孔徑成像系統(tǒng)的成像性能，有效降低傳統(tǒng)綜合孔徑成像系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的復(fù)雜度和信號處理的復(fù)雜度。


圖1為一維鏡像綜合孔徑的示意圖；圖2為被測場景輻射信號示意圖；圖3為本發(fā)明方法的硬件原理框圖；圖4為本發(fā)明實(shí)例的天線陣列排布圖；圖5為本發(fā)明與傳統(tǒng)一維綜合孔徑成像方法的仿真結(jié)果比較示意圖，其中，圖 5(a)和圖5(b)分別為仿真一中傳統(tǒng)方法和本發(fā)明效果示意圖，圖5(c)和圖5(d)分別為仿 真二中傳統(tǒng)方法和本發(fā)明效果示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明利用相關(guān)輸出、余弦可見度、場景亮溫(亮度溫度)分布之間的關(guān)系，通過 求解線性方程組求解余弦可見度，然后通過反余弦變換或者通過求解沖激響應(yīng)矩陣的廣義 逆矩陣的方式重建場景亮溫分布，具體原理如下設(shè)立一個垂直于天線陣列的反射面，使得被測場景的輻射信號通過兩個路徑被天 線陣列接收，其中第一路徑為輻射信號直接被天線陣列接收，第二路徑為輻射信號經(jīng)過反 射面反射被天線陣列接收。
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參照圖1，天線陣列位于χ正半軸上。反射面位于χ = 0平面內(nèi)，被觀測場景位于 y = h平面內(nèi)。從圖中可知，位于橫坐標(biāo)Xi處(單位為天線陣工作波長)的第i個天線接 收到的信號bi(t)由二條路徑的信號加和而成(t為離散時間變量)，表示為
權(quán)利要求
1. 一維鏡像綜合孔徑輻射成像方法，包括以下步驟(1)設(shè)立一個垂直于天線陣列的反射面，使得被測場景的輻射信號通過兩個路徑被天 線陣列接收，其中第一路徑為輻射信號直接被天線陣列接收，第二路徑為輻射信號經(jīng)過反 射面反射被天線陣列接收；(2)天線陣列中每根天線對來自二個路徑的輻射信號進(jìn)行加和，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到 數(shù)字輻射信號；(3)計(jì)算兩兩天線的相關(guān)輸出Rij= Etb.bj], Etb.bj]表示第i與第j根天線的數(shù)字輻 射信號乘積；(4)利用相關(guān)輸出，采用方式A或B重建場景亮溫圖像； 方式A具體如下Al.構(gòu)建相關(guān)輸出Ru與余弦可見度CVO的關(guān)系方程Rij = CV(Xi-Xj)-CV(X^Xj)；其中，Xi, Xj分別為第i和j根天線與反射面的間距；A2.改變天線陣列或者反射面位置，重復(fù)步驟(2)和(3)構(gòu)建更多的相關(guān)輸出Ru與余 弦可見度CVO的關(guān)系方程，聯(lián)立求解得到各方程式中的余弦可見度CVO ； A3.通過反余弦變換重建場景亮溫圖像ΓN_Τ (θ) = Au CV (0) + 2^ CV (Un) cos( Ittuh sin θ) un = nAu_n=\_Γ汐)表示場景在θ方位上的亮溫，θ表示輻射信號與反射面的夾角，Au表示天線陣 列的相鄰天線的最小間距，正整數(shù)N取值保證CV(un)，η = 1,2, L，N能在步驟Α2的求解結(jié) 果中查詢到；方式B具體如下Bi.將被測場景區(qū)域θ e
按照角度均勻劃分為M個小區(qū)域Ak = {θ I θ e [ji (k-l)/2M，Jik/2M]}，θ表示輻射信號與反射面的夾角，，k = 1，2，L，M;令這 M個小區(qū)域的中心位置表示為6k = Ji (2k-l)/4M； B2.計(jì)算M個區(qū)域的沖激響應(yīng)向量= [K K Λ RklL Rk22 Rk23 Λ Rk2l Λ RkLL] 其中，T表示轉(zhuǎn)置，L表示天線陣列的陣元個數(shù)，第i與j根天線的相關(guān)輸出增采用直接計(jì)算得到” =CF(Xl-Xj)-CF(X^Xj),πχ" Xj分別為第i和j根天線與反射面的間CV(u) = 2) cos( Ittu sin θ) θ ,JO οο θ = θ, π,Γ2-[ο或者第i與j根天線的相關(guān)輸出 < 采用間接計(jì)算得到將參考輻射點(diǎn)源置于純凈背景 環(huán)境下的Qk處，按照步驟(1) (3)方式計(jì)算得到相關(guān)輸出；B3.利用沖激響應(yīng)向量重建場景亮溫圖像T = G+VjG+表示沖激響應(yīng)矩陣G的廣義逆矩 陣，G= [gl g2 L gM], V = [R11 R12 A Ril R22 R23 Λ R2l Λ I LL]T，上標(biāo) T 表示轉(zhuǎn)置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一維鏡像綜合孔徑輻射成像方法，利用相關(guān)輸出、余弦可見度、場景亮溫分布之間的關(guān)系，構(gòu)建線性方程組求解得到余弦可見度，然后通過反余弦變換或者求解沖激響應(yīng)矩陣的廣義逆矩陣的方式重建場景亮溫分布。本發(fā)明以小陣元數(shù)獲取傳統(tǒng)的大陣元數(shù)綜合孔徑成像系統(tǒng)的成像性能，有效降低傳統(tǒng)綜合孔徑成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和信號處理的復(fù)雜度。
文檔編號G01S7/02GK102087359SQ201010557820
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者呂容川, 李 浩, 李青俠, 段崇棣, 陳良兵, 靳榕 申請人:華中科技大學(xué), 西安空間無線電技術(shù)研究所