一种一维干涉式微波辐射计图像反演方法技术

本发明专利技术涉及一种一维干涉式微波辐射计图像反演方法，包括：测量一维干涉式微波辐射计中各单元天线的二维天线方向图，并对天线单元阵列进行稀疏排布，形成满足成像要求的基线覆盖；将二维天线方向图转换为一维天线方向图，并利用转换得到的一维天线方向图计算得到一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵；利用一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵和系统测量并校准后的可见度函数，进行图像反演得到高精度亮温图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射计成像领域，特别涉及一种一维干涉式微波辐射计图像反演方法。
技术介绍
干涉式综合孔径微波辐射计测量原理不同于传统的真实孔径微波辐射测量。其不是直接在空间域进行亮温测量，而是一种间接测量。干涉式微波辐射计首先对目标空间频谱进行测量，然后通过傅立叶变换，反演得到目标的亮温信息。由于采用上述间接测量方式，干涉式综合孔径微波辐射计的亮温测量误差除了来源于硬件系统自身的误差以外，还来自于从空间频率域的原始测量数据到空间域的亮温图像的反演方法。在辐射计的大部分应用领域，对亮温图像的测量误差有较高的要求。例如在星载海洋盐度遥感应用中，对于L波段辐射计亮温测量精度要求达到0.1K量级，这就要求综合孔径辐射计的亮温图像反演方法误差也需要控制在0.1K以内。在传统的一维综合孔径辐射计成像方法中，其可见度函数的建模通常只考虑一维视场分布(参见参考文献1：C.T.Swift,D.M.LeVine,C.S.Ruf,“Aperture Synthesis Concepts in Microwave Remote Sensing of the Earth”，IEEE TRANS,vol.39,no.12,Dec,1991)。其中包括美国提出的一维综合孔径辐射计ESTAR(参见参考文献2：D.M.LeVine,A.J.Griffis,C.T.Swift,T.J.Jackson,“ESTAR:A Synthetic Aperture Microwave Radiometer for Remote Sensing Applications”,Proceedings of the IEEE,vol.82,issue.12,pp.1787-1801,Aug,2002)，中科院空间中心提出的X波段全极化一维综合孔径辐射计(参见参考文献3：杨晓城，阎敬业，吴季，“改进的G矩阵模型法在全极化综合孔径辐射计中的应用”，北京理工大学学报，vol.35,no.7,pp.750-754,2015年7月)，在成像方法中均采用了一维天线方向图的建模方式。然而对星载对地观测一维综合孔径辐射计，其观测视场为二维地球圆盘，而反演得到的目标亮温图像为一维的条带，所以在图像反演时，需要应用一维的天线方向图。传统的方法会预先测量天线方向图中最大值所在的一列用于亮温图像反演，而这样的图像反演算法会引入较大的天线方向图误差，不能满足海洋盐度探测对亮温反演误差的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有的一维干涉式微波辐射计图像反演方法会引入较大的天线方向图误差的缺陷，从而提供一种能有效提高反演目标亮温精度的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种一维干涉式微波辐射计图像反演方法，包括：步骤1)、测量一维干涉式微波辐射计中各单元天线的二维天线方向图，并对天线单元阵列进行稀疏排布，形成满足成像要求的基线覆盖；步骤2)、将步骤1)中测量得到的二维天线方向图转换为一维天线方向图，并利用转换得到的一维天线方向图计算得到一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵；步骤3)、利用步骤2)得到的一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵和系统测量并校准后的可见度函数，进行图像反演得到高精度亮温图像。上述技术方案中，所述步骤2)进一步包括：步骤2-1)、对测量得到的二维天线方向图做幅度归一化处理，所述幅度归一化处理的表达式为： f n ( ξ , η ) = f n ( ξ , η ) fn m ( ξ , η ) ; ]]>其中，fn(ξ,η)为幅度归一化处理后的二维天线方向图，fn(ξ,η)为测量得到的二维天线方向图，fnm(ξ,η)为天线方向图幅度最大值，ξ、η分别为像素方向余弦，θ和为从天线阵列观测的远场像素点在球坐标系下的角度值；步骤2-2)、根据测量得到的二维天线方向图计算单元天线的波束立体角，其计算式为： Ω = ∫ ∫ ξ 2 + η 2 < 1 fn m ( ξ , η ) 1 - ξ 2 - η 2 d ξ d η ; ]]>其中，Ω表示单元天线的波束立体角；步骤2-3)、由步骤2-1)得到的幅度归一化处理后的二维天线方向图以及步骤2-2)得到的单元天线的波束立体角计算归一化二维天线方向图，其计算公式为： F n ( ξ , η ) = f n ( ξ , η ) · 1 1 - ξ 2 - η 2 4 Ω ; ]]>其中，Fn(ξ,η)表示归一化二维天线方向图；步骤2-4)、根据天线阵列的基线排布，计算得到各基线所对应的二维基线天线方向图其中，下标k代表第k个天线，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一维干涉式微波辐射计图像反演方法，包括：步骤1)、测量一维干涉式微波辐射计中各单元天线的二维天线方向图，并对天线单元阵列进行稀疏排布，形成满足成像要求的基线覆盖；步骤2)、将步骤1)中测量得到的二维天线方向图转换为一维天线方向图，并利用转换得到的一维天线方向图计算得到一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵；步骤3)、利用步骤2)得到的一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵和系统测量并校准后的可见度函数，进行图像反演得到高精度亮温图像。

【技术特征摘要】
1.一种一维干涉式微波辐射计图像反演方法，包括：步骤1)、测量一维干涉式微波辐射计中各单元天线的二维天线方向图，并对天线单元阵列进行稀疏排布，形成满足成像要求的基线覆盖；步骤2)、将步骤1)中测量得到的二维天线方向图转换为一维天线方向图，并利用转换得到的一维天线方向图计算得到一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵；步骤3)、利用步骤2)得到的一维干涉式微波辐射计的测量系统响应矩阵和系统测量并校准后的可见度函数，进行图像反演得到高精度亮温图像。2.根据权利要求1所述的一维干涉式微波辐射计图像反演方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括：步骤2-1)、对测量得到的二维天线方向图做幅度归一化处理，所述幅度归一化处理的表达式为： f n ( ξ , η ) = f n ( ξ , η ) fn m ( ξ , η ) ; ]]>其中，fn(ξ,η)为幅度归一化处理后的二维天线方向图，fn(ξ,η)为测量得到的二维天线方向图，fnm(ξ,η)为天线方向图幅度最大值，ξ、η分别为像素方向余弦，θ和为从天线阵列观测的远场像素点在球坐标系下的角度值；步骤2-2)、根据测量得到的二维天线方向图计算单元天线的波束立体角，其计算式为： Ω = ∫ ∫ ξ 2 + η 2 < 1 fn m ( ξ , η ) 1 - ξ 2 - η 2 d ξ d &...

【专利技术属性】
技术研发人员：武林，刘浩，金梦彤，张成，吴季，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11