一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法及成像系统，所述方法包括：选择一个基本平面及对应的南北天极建立天球坐标系；根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；将三维基线转换到天球坐标系下，并投影于基本平面，得到二维基线；根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；将每一个面天球区域的亮温分布拼接得到全天球亮温成像。

【技术实现步骤摘要】
一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法及系统
本专利技术涉及被动微波干涉成像领域，具体涉及三维基线观测条件下被动微波干涉成像中的大角度范围或全天球成像，特别涉及一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法及系统。
技术介绍
被动微波干涉测量技术利用综合孔径原理通过对空间中不同点收到的信号进行互相关，测出信号空间分布的傅里叶分量，使用干涉成像方法，通过对干涉处理得到的可视度函数的逆傅里叶变换反演出信号的空间分布，得到亮温分布图。将被动微波干涉测量设备搭载于卫星平台应用于天文观测能够远离地球大量射电干扰具有较好的电磁环境的优点，与分布式卫星系统结合，通过在探测时段内多颗卫星的轨道运动形成大尺度观测基线提升空间探测的整体性能。但这种分布式被动微波探测中，通常需要实现大角度范围甚至是全天球成像，而在该尺度上观测范围已无法近似为平面，而是曲面或是天球。而传统的二维傅里叶变换成像方法只适用于近似平面成像；并且，由于空间分布式被动微波探测的基线是由轨道运动形成的，因而其分布具有三维非共面分布、采样样本不均匀的特点，同样无法直接利用二维傅里叶变换关系进行成像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术问题，提供一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法及成像系统。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，所述方法包括：选择一个基本平面及对应的南北天极建立天球坐标系；根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；r>将三维基线转换到天球坐标系下，并投影于基本平面，得到二维基线；根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；将每一个面天球区域的亮温分布拼接得到全天球亮温成像。作为上述方法的一种改进，所述根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；具体包括：将天球按所述天球坐标系的纬度方向余弦平均划分为n个面天球区域，第k面天球区域的纬度方向的方向余弦的覆盖范围为：[-1+(k-1)·dn,-1+k·dn]，k∈n，dn为每一面天球区域纬度方向的方向余弦的跨度：作为上述方法的一种改进，所述根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；具体包括：遍历二维基线位置构成的散点集中任意不相同的三个点并求其外接圆，如果外接圆内不包含其他散点，则将该三角形加入Delaunay三角网队列；进而得到Delaulay三角网；对每个离散点，找出Delaunay三角网中由该点构成的所有三角形，按顺时针或逆时针方向排序，存入一个队列中；依次连接每个三角形的外接圆圆心，如果三角形队列首尾三角形存在公共边，则连接首尾两个三角形的圆心，形成封闭的多边形；如果三角形队列首尾三角形不共边，找到三角形中与其他三角形不共边的边，求出该边的中点，将该三角形的圆心与该中点相连并延长到边界，这样圆心连线、圆心与中点连线、边界共同形成封闭的多边形，至此，维诺图构造完毕；求取散点集中每个点所对应的维诺图的面积，得到该点的密度补偿因子。作为上述方法的一种改进，所述针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；具体为：对第k面天球区域进行成像时，基线矢量为(u,v,w＝0)所对应的可见度函数Vk(u,v,0)为：其中，(u,v,w)为三维基线矢量，V(u,v,w)为三维基线(u,v,w)所对应的可见度函数，w为三维基线矢量在天球坐标系纬度方向上的数值，nk为第k面天球区域纬度方向上的方向余弦平均值nk＝cosθk，θk为第k面天球区域的天顶角。作为上述方法的一种改进，所述根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；具体为：其中，TB(l,m,n)为第k面天球区域在(l,m,n)处的亮温分布，N为基线总数量，Vj为第j条基线对应的可见度函数，(uj,vj)为第j条基线的坐标表示，dcj为第j条基线对应的可见度函数的密度补偿因子。一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像系统，所述系统包括：区域划分模块、维诺图绘制及密度补偿因子生成模块、可见度函数生成模块、亮温分布生成模块、成像拼接模块；所述区域划分模块，用于选择一个基本平面及对应的南北天极建立天球坐标系，根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；所述维诺图绘制及密度补偿因子生成模块，用于将三维基线转换到天球坐标系下，并投影于基本平面，得到二维基线；根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；所述可见度函数生成模块，用于针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；所述亮温分布生成模块，用于根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；所述成像拼接模块，用于将每一个面天球区域的亮温分布拼接得到全天球亮温成像。作为上述系统的一种改进，所述区域划分模块的具体实现过程为：选择一个基本平面及对应的南北天极建立天球坐标系；将天球按所述天球坐标系的纬度方向余弦平均划分为n个面天球区域，第k面天球区域的纬度方向的方向余弦的覆盖范围为：[-1+(k-1)·dn,-1+k·dn]，k∈n，dn为每一面天球区域纬度方向的方向余弦的跨度：作为上述系统的一种改进，所述维诺图绘制及密度补偿因子生成模块的具体实现过程为：将三维基线转换到天球坐标系下，并投影于基本平面，得到二维基线；遍历二维基线位置构成的散点集中任意不相同的三个点并求其外接圆，如果外接圆内不包含其他散点，则将该三角形加入Delaunay三角网队列；进而得到Delaulay三角网；对每个离散点，找出Delaunay三角网中由该点构成的所有三角形，按顺时针或逆时针方向排序，存入一个队列中；依次连接每个三角形的外接圆圆心，如果三角形队列首尾三角形存在公共边，则连接首尾两个三角形的圆心，形成封闭的多边形；如果三角形队列首尾三角形不共边，找到三角形中与其他三角形不共边的边，求出该边的中点，将该三角形的圆心与该中点相连并延长到边界，这样圆心连线、圆心与中点连线、边界共同形成封闭的多边形，至此，维诺图构造完毕；求取散点集中每个点所对应的维诺图的面积，得到该点的密度补偿因子。作为上述系统的一种改进，所述可见度函数生成模块的具体实现过程为：对第k面天球区域进行成像时，基线矢量为(u,v,w＝0)所对应的可见度函数Vk(u,v,0)为：其中，(u,v,w)为三维基线矢量，V(u,v,w)为三维基线(u,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，所述方法包括：/n选择一个基本平面及对应的南北天极建立天球坐标系；/n根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；/n将三维基线转换到天球坐标系下，并投影于基本平面，得到二维基线；/n根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；/n针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；/n根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；/n将每一个面天球区域的亮温分布拼接得到全天球亮温成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，所述方法包括：
选择一个基本平面及对应的南北天极建立天球坐标系；
根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；
将三维基线转换到天球坐标系下，并投影于基本平面，得到二维基线；
根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；
针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；
根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；
将每一个面天球区域的亮温分布拼接得到全天球亮温成像。


2.根据权利要求1所述的投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，其特征在于，所述根据天球坐标系的纬度方向余弦，将天球平均划分为n个面天球区域；具体包括：
将天球按所述天球坐标系的纬度方向余弦平均划分为n个面天球区域，第k面天球区域的纬度方向的方向余弦的覆盖范围为：[-1+(k-1)·dn,-1+k·dn]，k∈n，dn为每一面天球区域纬度方向的方向余弦的跨度：


3.根据权利要求2所述的投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，其特征在于，所述根据二维基线绘制维诺图，并计算得到密度补偿因子；具体包括：
遍历二维基线位置构成的散点集中任意不相同的三个点并求其外接圆，如果外接圆内不包含其他散点，则将该三角形加入Delaunay三角网队列；进而得到Delaulay三角网；
对每个离散点，找出Delaunay三角网中由该点构成的所有三角形，按顺时针或逆时针方向排序，存入一个队列中；
依次连接每个三角形的外接圆圆心，如果三角形队列首尾三角形存在公共边，则连接首尾两个三角形的圆心，形成封闭的多边形；如果三角形队列首尾三角形不共边，找到三角形中与其他三角形不共边的边，求出该边的中点，将该三角形的圆心与该中点相连并延长到边界，这样圆心连线、圆心与中点连线、边界共同形成封闭的多边形，至此，维诺图构造完毕；
求取散点集中每个点所对应的维诺图的面积，得到该点的密度补偿因子。


4.根据权利要求3所述的投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，其特征在于，所述针对天球的每一个面天球区域，根据对应的纬度方向余弦值，将三维基线对应的可见度函数通过相位补偿转换为二维基线对应的可见度函数；具体为：
对第k面天球区域进行成像时，基线矢量为(u,v,w＝0)所对应的可见度函数Vk(u,v,0)为：



其中，(u,v,w)为三维基线矢量，V(u,v,w)为三维基线(u,v,w)所对应的可见度函数，w为三维基线矢量在天球坐标系纬度方向上的数值，nk为第k面天球区域纬度方向上的方向余弦平均值nk＝cosθk，θk为第k面天球区域的天顶角。


5.根据权利要求4所述的投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像方法，其特征在于，所述根据可见度函数和密度补偿因子，通过傅里叶变换得到每一个面天球区域的亮温分布；具体为：



其中，TB(l,m,n)为第k面天球区域在(l,m,n)处的亮温分布，N为基线总数量，Vj为第j条基线对应的可见度函数，(uj,vj)为第j条基线的坐标表示，dcj为第j条基线对应的可见度函数的密度补偿因子。


6.一种投影基线密度补偿的三维多面体干涉成像系统，其特征在于，所述系统包括：区域划分模块、维诺图绘制及密度补偿因子...

【专利技术属性】
技术研发人员：段然，邓丽，
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