[发明专利]一种综合孔径辐射计增广协方差矩阵的构造方法及系统

说明书

本发明公开了一种综合孔径辐射计增广协方差矩阵的构造方法及系统，应用于对地遥感领域，所述方法包括如下步骤：基于MIRAS稀疏天线阵列A构造虚拟全填充天线阵列B；根据MIRAS稀疏天线阵列A的可见度函数，填充虚拟全填充天线阵列B的可见度函数；根据虚拟全填充天线阵列B的可见度函数构造增广协方差矩阵；基于增广协方差矩阵，利用其中已知UV采样点对未知UV采样点的值进行估计，实现增广协方差矩阵的完备化。根据本发明所构建的完备化增广协方差矩阵，可减小RFI定位点的拖尾效应，有利于弱源检测。

技术领域

本发明属于对地遥感领域，更具体地，涉及一种综合孔径辐射计增广协方差矩阵的构造方法及系统。

背景技术

微波辐射测量技术在地球无源遥感、安全检查、交通导航和目标探测等领域已成为一种重要的信息获取手段。微波辐射计用于接收来自物体的微弱随机宽带热辐射信号，是一种全被动式的高灵敏度接收机。在微波/毫米波波段，由于波长量级的限制，微波辐射测量系统的空间分辨率要比光学成像系统或红外成像系统低一个甚至几个数量级，使得被测目标在对应辐射图像上仅仅是一个或几个像素点，无法进一步为目标识别或区域定位提供足够信息。为提高射电观测的空间分辨率，英国科学家Martin Ryle爵士首次提出了综合孔径技术，20世纪80年代，美国马萨诸塞州立大学联合美国航空航天局戈达德空间飞行中心将射电天文中的综合孔径技术引入对地观测，提出了综合孔径辐射计。综合孔径辐射计采用稀疏分布的小孔径天线阵列合成一个等效的大孔径天线，从而实现高空间分辨率，其基本原理是通过天线阵列相关干涉的方式获取视场内辐射亮温分布的空间频率域信息，其测量样本称之为可见度函数，然后由测量的可见度函数进行反演重建辐射场景亮温分布。相比于传统实孔径辐射计，综合孔径辐射计无需机械扫描即可瞬时成像，同时避免了大孔径微波扫描天线设计与机械加工的困难，极大地扩展了微波辐射测量的应用空间，成为微波辐射测量尤其是高分辨率星载微波辐射测量技术的发展趋势。

然而，在对地遥感应用研究中，已有实验数据(SMOS卫星数据)表明微波辐射测量受到大量射频干扰源(Radio Frequency Interference,RFI)影响，这些RFI呈强点源辐射特征，通常来自于人为因素，能够淹没原始的遥感辐射信号，影响高分辨率辐射测量。对于综合孔径微波辐射计，由于其观测的视场较宽(如MIRAS(Microwave Imaging Radiometerusing Aperture Synthesis)为±32°)，观测视场中通常包含较多的干扰源；同时，实际应用中单元天线个数总是有限的，这使得空间频率采样表现出离散、带限的特性，从而导致反演图像中表现出较强的吉布斯效应(Gibbs)效应，一个较强的RFI干扰源可通过吉布斯振荡污染整幅观测图像，从而制约了后续土壤湿度与海洋盐度(Soil Moisture and OceanSalinity，SMOS)等地球物理参数的高精度反演。

当前，解决综合孔径辐射测量中射频干扰源影响主要有以下两大途径：1)一是实现高分辨率RFI定位与辨识，并通过国际电信联盟(International TelecommunicationUnion，ITU)强制关闭这些非法RFI发射源，从而从根本上消除RFI影响；2)在RFI源无法关闭的情况下，研究有效的缓解RFI源影响的成像方法。上述两大途径都依赖于RFI的精准定位。

针对RFI精确定位这一问题相关研究者开展了大量的研究工作。欧空局的A.Camps和H.Park等人已经提出综合孔径辐射计可以视为一种虚拟的相控阵，并借鉴相控阵相关理论针对综合孔径辐射计应用取得了一定的研究成果。基于此阵列信号处理模型，2016年，李军、胡飞等人根据综合孔径辐射计阵列稀疏排布的特点，提出了基于增广协方差矩阵的射频干扰源定位方法，可明显提高RFI的定位精度。但受实际可见度采样点数的限制，增广协方差矩阵中的某些元素是未知的，当前的处理方法是直接将这些值置零，这使得强RFI源定位结果中出现明显的拖尾现象，且有些弱RFI源无法识别。

发明内容