基于多快照差分的SAIR RFI源地理定位方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了基于多快照差分的SAIR RFI源地理定位方法和系统，属于微波遥感领域。包括：构建所有包含目标区域的可见度样本中每个快照对应的协方差矩阵；寻找包含功率变化的RFI源的两个连续快照，组成有效快照对；对于每一个有效快照对，后一个快照对应的协方差矩阵与前一个快照对应的协方差矩阵相减，得到有效快照对对应的差分协方差矩阵；将所有有效快照对对应的差分协方差矩阵应用于MUSIC算法，为目标区域内观测到的RFI源进行精确地理定位。通过差分法消除地球背景噪声，从而提高了RFI源的定位精度。由于地球背景在快照间变化不大，因此获得的差分协方差矩阵消除了地球背景的影响，提高了RFI源定位精度和分辨率。

【技术实现步骤摘要】
基于多快照差分的SAIRRFI源地理定位方法和系统
本专利技术属于微波遥感领域，更具体地，涉及基于多快照差分的SAIR(SyntheticApertureInterferometricRadiometer，综合孔径辐射计)RFI(RadioFrequencyInterference，射频干扰)源地理定位方法和系统。
技术介绍
从欧空局发射的土壤湿度和海洋盐度(SoilMoistureandOceanSalinity，简称为SMOS)卫星获取的亮温(BrightnessTemperature，简称为BT)图像中可以看到，由于世界各地非法RFI源的存在，综合孔径辐射计在轨观测数据受到了严重影响。为了关停非法RFI源，必须对RFI源进行精确的地理定位。现有技术中，A.Camps等人提出一种基于DOA估计的MUSIC算法，利用辐射计获取的可见度数据构建协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解得到信号导向向量，并推导出与之正交的噪声子空间，利用它们计算MUSIC伪谱并获取谱峰值位置，即为RFI源的估计位置。该方法利用超分辨率算法提高RFI源的定位精度。然而，协方差矩阵还包括地球背景噪声Rscene和相关噪声ΔR，当考虑非理想观测情况时，场景协方差矩阵Rscene和相关噪声矩阵ΔR不能忽略，这将导致取决于场景协方差矩阵Rscene和相关噪声矩阵ΔR对特征空间的影响程度。由于场景协方差矩阵Rscene的元素的幅度通常比相关噪声矩阵ΔR大得多，且它在快照间变化不大，因此它对特征空间的影响占主导地位。场景协方差矩阵Rscene在协方差矩阵R中呈现为固定偏差，不能通过多快照平均来消除。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了基于多快照差分的SAIRRFI源地理定位方法和系统，其目的在于通过差分法消除地球背景噪声，从而提高了RFI源的定位精度。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种基于多快照差分的SAIRRFI源地理定位方法，该方法包括以下步骤：S1.构建所有包含目标区域的可见度样本中每个快照对应的协方差矩阵；S2.寻找包含功率变化的RFI源的两个连续快照，组成有效快照对；S3.对于每一个有效快照对，有效快照对中后一个快照对应的协方差矩阵与有效快照对中前一个快照对应的协方差矩阵相减，得到有效快照对对应的差分协方差矩阵；S4.将所有有效快照对对应的差分协方差矩阵应用于MUSIC算法，为目标区域内观测到的RFI源进行精确地理定位。优选地，步骤S2中，通过标准HFFT算法重建的BT图像中RFI源的能量变化来完成寻找其中，表示第k个快照中第i个RFI源的瞬时功率，表示能量阈值；使用M(k，k+1)表示快照对(k，k+1)中包含的功率变化的RFI源的数量，1≤M(k，k+1)≤M，M表示RFI源的数量，如果上式成立，即第k个快照和第k+1个快照之间存在至少一个功率变化的RFI源，则快照对(k，k+1)被称为有效快照对。优选地，能量阈值取值为300K。优选地，步骤S3中，进行协方差矩阵相减之前，利用SAIR每个天线上添加的两个参考相位θx和θy，对有效快照对中后一个快照对应的协方差矩阵进行位移校准，以消除亮温图像快照间的线性位移。优选地，所述位移校准包括以下步骤：(1)在SAIR的每个天线上添加两个参考相位和以校正由卫星运动引起的快照间存在的线性位移，其中，(X，Y)表示天线位置，(ξ，η)表示天线的方向余弦，λ表示天线的波长；(2)根据已知的卫星轨道计算，得到BT图像在ξ和η方向上期望的平行运动距离Δξ和Δη；(3)利用求得的Δξ和Δη，构建一个用于校准的导向矢量N表示天线数量；(4)利用ap(Δξ，Δη)对有效快照对中后一个协方差矩阵进行位移校准，Rc[k+1]＝diag(ap(Δξ，Δη))R[k+1]diag(ap(Δξ，Δη))H，其中，Rc[k+1]表示位移校准后的第k+1个快照的协方差矩阵，diag(·)表示对角方阵，上标H表示共轭转置。优选地，步骤S4包括以下步骤：S41.对每个差分协方差矩阵进行特征值分解，提取其中对应于M(k，k+1)个最大特征值的特征向量，即信号导向向量，所有差分协方差矩阵提取到的特征向量共同构成信号导向矩阵A0，其中，M(k，k+1)表示快照对(k，k+1)中包含的功率变化的RFI源的数量；S42.利用信号导向矩阵A0求出与之正交的噪声子空间；S43.利用信号导向向量和噪声子空间计算MUSIC伪谱，得到RFI源位置方向余弦坐标下的MUSIC伪谱。优选地，步骤S42包括以下步骤：(1)构造正交矩阵(2)对进行特征值分解，提取其中对应于N-M个最小特征值的特征向量，组成噪声子空间其中，N表示天线数量，M表示RFI源的数量。优选地，谱峰值位置即为RFI源所在位置，MUSIC伪谱表示为其中，a(ξ，η)表示信号导向向量。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种基于多快照差分的SAIRRFI源地理定位系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行第一方面所述的基于多快照差分的SAIRRFI源地理定位方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术将包含功率变化的RFI源的两个连续快照定义为有效快照对(k，k+1)，通过对有效快照对中后一个快照的协方差矩阵R[k+1]进行位移校准，然后将校准后的协方差矩阵Rc[k+1]和前一个快照的协方差矩阵R[k]相减得到差分协方差矩阵。通过差分法消除地球背景噪声，从而提高了RFI源的定位精度。由于地球背景Rscene在快照间变化不大，因此获得的差分协方差矩阵消除了地球背景的影响，提高了RFI源定位精度和分辨率。(2)本专利技术提出图像位移校准，亮温图像连续快照之间存在由卫星运动引起的线性位移，本专利技术利用辐射计每个天线上添加的两个参考相位θx和θy来校准亮温图像快照间的线性位移，从而确保协方差矩阵只受到地球背景影响。(3)本专利技术提出于差分协方差矩阵的RFI位置的最小二乘估计，利用导向矩阵A0构建协方差矩阵再对其进行特征值分解，提取其中对应于N-M个最小特征值的特征向量构成噪声子空间经证明是对UN的最小二乘估计，即RFI源估计位置是实际位置的最小二乘估计，误差最小，定位精度最高。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的通过标准HFFT重建的BT快照图像，快照号为2223；图2为本专利技术实施例一提供的通过标准HFFT重建的BT快照图像，快照号为2224；图3为本专利技术实施例一提供的通过标准HFFT重建的BT快照图像，快照号为2231；图4为本专利技术实施例一提供的通过标准HFFT重建的BT快照图像，快照号为2232；图5为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多快照差分的SAIR RFI源地理定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1.构建所有包含目标区域的可见度样本中每个快照对应的协方差矩阵；/nS2.寻找包含功率变化的RFI源的两个连续快照，组成有效快照对；/nS3.对于每一个有效快照对，有效快照对中后一个快照对应的协方差矩阵与有效快照对中前一个快照对应的协方差矩阵相减，得到有效快照对对应的差分协方差矩阵；/nS4.将所有有效快照对对应的差分协方差矩阵应用于MUSIC算法，为目标区域内观测到的RFI源进行精确地理定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多快照差分的SAIRRFI源地理定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.构建所有包含目标区域的可见度样本中每个快照对应的协方差矩阵；
S2.寻找包含功率变化的RFI源的两个连续快照，组成有效快照对；
S3.对于每一个有效快照对，有效快照对中后一个快照对应的协方差矩阵与有效快照对中前一个快照对应的协方差矩阵相减，得到有效快照对对应的差分协方差矩阵；
S4.将所有有效快照对对应的差分协方差矩阵应用于MUSIC算法，为目标区域内观测到的RFI源进行精确地理定位。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，通过标准HFFT算法重建的BT图像中RFI源的能量变化来完成寻找



其中，表示第k个快照中第i个RFI源的瞬时功率，表示能量阈值；使用M(k，k+1)表示快照对(k，k+1)中包含的功率变化的RFI源的数量，1≤M(k，k+1)≤M，M表示RFI源的数量，如果上式成立，即第k个快照和第k+1个快照之间存在至少一个功率变化的RFI源，则快照对(k，k+1)被称为有效快照对。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，能量阈值取值为300K。


4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，步骤S3中，进行协方差矩阵相减之前，利用SAIR每个天线上添加的两个参考相位θx和θy，对有效快照对中后一个快照对应的协方差矩阵进行位移校准，以消除亮温图像快照间的线性位移。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述位移校准包括以下步骤：
(1)在SAIR的每个天线上添加两个参考相位和以校正由卫星运动引起的快照间存在的线性位移，其中，(X，Y)表示天线位置，(ξ，η)表示天线的方向余弦，λ表示天线的波长；
(2)根据已知的卫星轨道计算，得到BT图像在ξ和η方向上期望的平行运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳榕，吴栗东，李青侠，郎量，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42