[发明专利]一种基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法

说明书

本发明公开了一种基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法，计算基线矢量坐标序列并去掉其中的冗余基线形成综合孔径阵列无冗余uvw分布；根据系统输出的复相关输出填充无冗余uvw对应的可见度函数，获得无冗余可见度函数矢量，并对场景亮温分布进行离散化；根据冗余平均可见度函数、无冗余uvw分布、场景离散化分布及消条纹函数建立综合孔径正演模型，并依据反演图像噪声最小化且阵列方向图主瓣指向观测方向建立最优权值求解模型；遍历目标场景观测点，根据最优权值计算每一个观测点的亮温，获得反演图像；本发明提出的立体基线综合孔径反演成像方法与传统的基于G矩阵的反演方法反演精度相当，但在反演效率和占用存储空间方面均远胜于后者。

技术领域

本发明属于微波遥感及探测技术领域，更具体地，是一种应用于立体布阵条件下的基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法。

背景技术

综合孔径辐射计采用全被动的方式接收物体的自发辐射能量，具有分辨率高、共形排布等特点，已广泛应用于射电天文、微波遥感及目标探领域。然而，综合孔径系统属于变换域测量，不能直接获得目标场景的亮温分布，故其关键在于对系统输出的可见度采样数据进行处理得到场景亮温分布。针对平面基线反演，其方法已相对成熟，例如傅里叶反演方法、Tikhonov正则化方法、CG迭代方法，带限正则化方法等。在实际应用中，因布阵环境的约束难免会出现立体布阵的情况，不同于平面基线情况，立体基线可见度函数与场景亮温分布之间的傅里叶变换关系不再成立，傅里叶反演方法不再适用；并且，虽然平面基线中一些基于G矩阵的反演方法仍然适用于立体基线情况，但是实际应用中，系统G矩阵获取过程比较复杂，精确获取难度很大，在阵元数较大的情况下，该问题变得更为突出；不仅如此，存储G矩阵所占用的存储空间大，程序对G矩阵的保存和载入耗时很大，反演过程中的G矩阵求逆操作计算量也极大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法，其目的在于通过将综合孔径反演问题转化为最优权值求解问题来解决现有基于G矩阵的反演方法反演效率低、占用存储空间大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法，包括以下步骤：

(1)根据阵列排布结构计算基线矢量坐标序列，并去掉基线矢量坐标序列中的冗余基线，获得综合孔径阵列的无冗余uvw分布的坐标序列；

(2)填充无冗余uvw分布对应的可见度函数，获得无冗余可见度函数矢量；并对目标场景的连续场景亮温分布进行离散化处理获得离散化亮温分布序列；

(3)根据所述无冗余可见度函数矢量、无冗余uvw分布的坐标序列、离散化亮温分布序列及消条纹函数建立综合孔径正演模型；

(4)依据反演图像噪声最小化且阵列方向图主瓣指向观测方向的原则来建立最优权值求解模型，并求解获得最优权值；

(5)根据所述最优权值计算目标场景中每个观测点的亮温值，遍历目标场景所有观测点获得目标场景亮温分布反演图像。

优选地，上述基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法，所构建的综合孔径正演模型为：

其中，是指冗余平均可见度函数矢量，F为傅里叶变换矩阵，R是指消条纹函数，T是指离散化亮温分布序列，符号表示Hadamard积运算。

优选地，上述基于阵列因子综合的立体基线综合孔径成像方法，最优权值求解模型如下：

其中，w_syn是权值，f表示傅里叶变换向量，r表示消条纹向量，(ξ_n,η_n)是编号为n的场景点的方向余弦，n＝1,2,…N；N为离散化亮温分布的点数。