[发明专利]一种图像信噪比最优的综合孔径辐射计天线阵列排布方法

说明书

本发明公开了一种图像信噪比最优的综合孔径辐射计天线阵列排布方法，包括：根据综合孔径辐射计天线阵列的稀疏构型对反演图像信噪比的作用关系，建立基于采样空洞位置与冗余基线分布的目标函数；根据物理限制和性能约束，建立天线阵列排布的约束函数；结合目标函数与约束函数，建立以图像信噪比最优为目标的综合孔径稀疏天线阵列优化的问题模型；利用智能优化算法求解问题模型，获得最优的天线阵列构型。本发明提出的综合孔径辐射计天线阵列优化排布方法，得到的阵列构型优于同等阵元规模的典型阵列构型，可以提高反演图像信噪比，有利于后续图像处理的目标检测。

技术领域

本发明属于微波遥感及目标探测技术领域，更具体地，涉及一种图像信噪比最优的综合孔径辐射计天线阵列排布方法。

背景技术

来源于射电天文中的“孔径综合技术”利用稀疏的小口径天线阵列实现对大孔径天线的“合成”，回避了微波遥感及目标探测领域中物理口径较大的实孔径天线制作困难的问题，从而获得了较高的空间分辨率。

为了获得更好的成像性能，阵列的稀疏优化通常以空间分辨率或者灵敏度为目标。空间分辨率用来衡量综合孔径辐射计对邻近目标的分辨能力，一般用天线阵列合成方向图的3dB波束宽度来定义；灵敏度用来衡量系统对外部目标亮温最小变化的检测能力，一般用综合孔径辐射计系统的波动程度来定义。但是，综合孔径辐射计系统单次输出为一幅图像，以上两个指标都不适合直接评价图像质量。针对(类)点源目标场景，从目标检测的角度，对图像特别单帧图像的评估更关注的是图像噪声和目标亮温的空间分布特征，可以用图像信噪比表征，而以空间分辨率或者灵敏度为目标的阵列稀疏优化方法无法保证图像信噪比的最优化。现有技术存在反演图像信噪比较低，不利于后续图像处理的目标检测的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种图像信噪比最优的综合孔径辐射计天线阵列排布方法，由此解决现有技术存在反演图像信噪比较低，不利于后续图像处理的目标检测的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种图像信噪比最优的综合孔径辐射计天线阵列排布方法，包括：

(1)根据综合孔径辐射计天线阵列的稀疏构型对反演图像信噪比的作用关系，建立基于采样空洞位置与冗余基线分布的目标函数；根据物理限制和性能约束，建立天线阵列排布的约束函数；

(2)结合目标函数与约束函数，建立以图像信噪比最优为目标的综合孔径稀疏天线阵列优化的问题模型；利用智能优化算法求解问题模型，获得最优的天线阵列构型。

进一步地，综合孔径辐射计天线阵列的稀疏构型为：

X＝(x₁，x₂，...，x_N)

其中，x_i表示天线阵列的稀疏构型中第i个单元天线的位置坐标，即x_i＝(x_i，y_i)，i＝1，2，...，N，x_i与y_i分别表示第i个单元天线在笛卡尔坐标系中x方向与y方向上的坐标；N表示天线阵列中单元天线的数量。

进一步地，步骤(1)包括：

(1.1)将综合孔径辐射计天线阵列中的天线进行两两组合得到基线，通过计算波长归一化的天线坐标差获得基线矢量序列；

(1.2)根据基线矢量序列，去掉基线的冗余部分，获得无冗余的基线矢量序列，进而获得每个基线对应的冗余次数，构成冗余集合；

(1.3)根据系统设计要求确定参考基线分布，表示为无冗余的参考基线矢量序列；