基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，包括下述步骤：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组；当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿y方向时，得到天线阵列输出的第二相关函数构成的第二线性方程组；将第一线性方程组和第二线性方程组进行组合，得到包含场景亮温图像信息的目标线性方程组；通过求解包含场景亮温图像信息的目标线性方程组，得到余弦可见度函数；利用余弦可见度函数进行反余弦变换，重建场景亮温图像。本发明专利技术解决线性方程组秩亏问题，提高余弦可见度函数的准确性，进而提高成像质量。

Imaging synthetic aperture radiometer imaging method based on polarization information

The present invention discloses a mirror image synthetic aperture radiometer imaging method based on polarization information, including the first linear equation set up of the first correlation function of the antenna array output when the main polarization direction of each receiving antenna in the antenna array is along the X direction; and when each receiving antenna in the antenna array is main. When the polarization direction is in the direction of Y, the second linear equations of the second correlation function of the antenna array are obtained. The first linear equation set and the second linear equations are combined to obtain the target linear equation group containing the scene brightness temperature image information. By solving the linear equation set containing the field scene brightness temperature image information, the linear equation group is obtained. The cosine visibility function is obtained, and cosine visibility function is used to transform the cosine transform to reconstruct the scene brightness temperature image. The invention solves the rank loss problem of linear equations, improves the accuracy of cosine visibility function, and further improves the imaging quality.

【技术实现步骤摘要】
基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法
本专利技术属于微波遥感及探测
，更具体地，涉及一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法。
技术介绍
对于实孔径辐射计实现高空间分辨率，面临大天线的实现困难，如大孔径反射面天线制造、变形，扫描等困难；对于综合孔径辐射计实现高空间分辨率，虽然可以利用稀疏天线阵列合成等效大孔径，但其所需天线阵元数多，系统及信号处理复杂度高，工程实现困难。镜像综合孔径微波辐射成像的空间分辨率理论上优于常规综合孔径的空间分辨率，用尽可能少的天线单元实现较高的分辨率，降低了系统结构和信号处理的复杂度。但是镜像综合孔径系统有线性方程组欠定性的问题，线性方程组的不适定性会，放大系统噪声从而降低系统的灵敏度、降低了反演图像的质量。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，由此解决现有技术存在线性方程组欠定性、放大噪声、降低灵敏度、降低了反演图像的质量的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，包括下述步骤：S1：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组；S2：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿y方向时，得到天线阵列输出的第二相关函数构成的第二线性方程组；S3：将第一线性方程组和第二线性方程组进行组合，得到包含场景亮温图像信息的目标线性方程组；S4：通过求解包含场景亮温图像信息的目标线性方程组，得到余弦可见度函数；S5：利用余弦可见度函数进行反余弦变换，重建场景亮温图像。进一步地，接收天线为线极化天线或者圆极化天线。进一步地，接收天线为线极化天线时，通过旋转接收天线改变主极化方向，得到接收天线的主极化方向沿x方向的信号和接收天线的主极化方向沿y方向的信号。进一步地，接收天线为圆极化天线时，通过圆极化天线接收信号后极化分离，得到接收天线的主极化方向沿x方向的信号和接收天线的主极化方向沿y方向的信号。进一步地，步骤S1和步骤S2中，镜像综合孔径辐射计的天线阵列以及反射板的相对位置保持不变。进一步地，步骤S1的具体实现方式为：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组为：Rx＝Px·CVx，其中，Rx是第一线性方程组，Px为第一转移矩阵，Cvx为第一余弦可见度函数，所述第一线性方程组中每个线性方程为：其中，天线阵列包括天线ai和天线ai，xi为天线ai在x方向的坐标，yi为天线ai在y方向的坐标，xj为天线aj在x方向的坐标，yj为天线aj在y方向的坐标，CV(·)为二维余弦可见度函数。进一步地，步骤S2的具体实现方式为：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿y方向时，得到天线阵列输出的第二相关函数构成的第二线性方程组为：Ry＝Py.CVy，其中，Ry是第二线性方程组，Py为第二转移矩阵，CVy为第二余弦可见度函数，第二线性方程组中每个线性方程为：进一步地，步骤S3的具体实现方式为：将第一线性方程组和第二线性方程组进行组合，得到包含场景亮温图像信息的目标线性方程组为：其中，CV为余弦可见度函数。进一步地，求解过程使用MP广义逆法、Tikhonov正则化法或者截断奇异值法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组；当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿y方向时，得到天线阵列输出的第二相关函数构成的第二线性方程组；将第一线性方程组和第二线性方程组进行组合，得到包含场景亮温图像信息的目标线性方程组；解决现有技术存在线性方程组欠定性、放大噪声、降低灵敏度的问题。进而通过求解包含场景亮温图像信息的目标线性方程组，得到余弦可见度函数，提高余弦可见度函数的准确性，最后，利用余弦可见度函数进行反余弦变换，重建场景亮温图像，进而提高成像质量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的镜像综合孔径辐射计示意图；图2为本专利技术实施例提供的天线阵列接收信号示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于极化信息的镜像综合孔径成像方法的流程图；图4为本专利技术实施例提供的测试使用的28单元双L阵；图5为本专利技术实施例提供的测试用的矩形场景亮温图像；图6为本专利技术实施例提供的未增加极化信息的矩形场景成像结果；图7为本专利技术实施例提供的增加了极化信息的矩形场景成像结果；图8为本专利技术实施例提供的测试用的电暖器场景亮温图像；图9为本专利技术实施例提供的未增加极化信息的电暖器成像结果；图10为本专利技术实施例提供的增加了极化信息的电暖器成像结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1示出了镜像综合孔径辐射计示意图，图2示出了天线阵列接收信号示意图。为了便于说明，仅示出了与本专利技术相关的部分，详述如下：基于极化信息的镜像综合孔径辐射计包括天线阵列和反射板，接收通道，A/D阵列，相关器。其中天线阵列接收来自观测场景的辐射信号以及反射板反射的辐射信号。二维阵列位于z＝0平面第一象限内，双反射板分别位于x＝0和y＝0平面第一象限内，被观测场景位于z＝h平面内。对于坐标位置为(xi，yi，0)的天线ai将接收来自同一个微小面源辐射的四个信号，分别为直接入射信号两个分别由两反射板单次反射的信号和以及由两反射板双反射的信号天线阵列用基本单元-对天线ai和aj表示，天线ai相对于双反射板会形成三个镜像天线，其坐标分别为(-xi，yi)、(xi，-yi)以及(-xi，-yi)。根据光学反射原理，反射信号的传播路径等于从辐射源到各镜像天线之间的距离，即等于辐射源到镜像天线(-xi，yi)的距禺，等于辐射源到镜像天线(xi，-yi)的距离，等于辐射源到镜像天线(-xi，-yi)的距离。接收通道阵列包括多个接收通道，一个接收通道对应一个天线单元，接收通道将天线单元接收到的信号进行下变频、滤波和放大。A/D阵列与接收通道阵列一一对应，将接收通道中的模拟信号转换为数字信号。相关器将经过A/D阵列转换后的信号两两进行相关。相关后的输出为相关函数。如图3所示，本专利技术提供的基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法具体包括下述步骤：S1：当接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组，天线阵列的输出为双天线互相关输出函数，天线ai接收来自观测场景的辐射信号以及反射板反射的辐射信号：天线aj接收来自观测场景的辐射信号以及反射板反射的辐射信号：双天线的第一相关函数为：其中为场景亮温参数，是观测场景的角度。令第一相关函数为：二维余弦可见度函数为：其中(u，v)为空间采样频率。则第一线性方程组中的每个线性方程为：对于任意两个天线，均可以得到类似于上式的方程，这些方程可以组合成一个线性方程组：Rx＝Px.CVx其中，L为天线数目，Mx与Nx为两个方向的最大采样频率。S2：当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组；S2：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿y方向时，得到天线阵列输出的第二相关函数构成的第二线性方程组；S3：将第一线性方程组和第二线性方程组进行组合，得到包含场景亮温图像信息的目标线性方程组；S4：通过求解包含场景亮温图像信息的目标线性方程组，得到余弦可见度函数；S5：利用余弦可见度函数进行反余弦变换，重建场景亮温图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿x方向时，得到天线阵列输出的第一相关函数构成的第一线性方程组；S2：当天线阵列中每个接收天线的主极化方向沿y方向时，得到天线阵列输出的第二相关函数构成的第二线性方程组；S3：将第一线性方程组和第二线性方程组进行组合，得到包含场景亮温图像信息的目标线性方程组；S4：通过求解包含场景亮温图像信息的目标线性方程组，得到余弦可见度函数；S5：利用余弦可见度函数进行反余弦变换，重建场景亮温图像。2.如权利要求1所述的一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，所述接收天线为线极化天线或者圆极化天线。3.如权利要求2所述的一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，所述接收天线为线极化天线时，通过旋转接收天线改变主极化方向，得到接收天线的主极化方向沿x方向的信号和接收天线的主极化方向沿y方向的信号。4.如权利要求2所述的一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，所述接收天线为圆极化天线时，通过圆极化天线接收信号后极化分离，得到接收天线的主极化方向沿x方向的信号和接收天线的主极化方向沿y方向的信号。5.如权利要求1或2所述的一种基于极化信息的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S2中，镜像综合孔径辐射计的天线阵列以及反射板的相对位置保持不变。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青侠，窦昊锋，桂良启，李育芳，吴袁超，雷振羽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42