[发明专利]一种基于阵列波束形成的干涉式被动微波成像系统及方法

说明书

本发明涉及微波毫米波被动成像探测领域，特别涉及一种基于阵列波束形成的干涉式被动微波成像系统及方法，其中阵列波束形成包含相控阵波束形成和数字波束形成，阵列波束形成后的数据将采用干涉式被动微波成像方法完成成像探测。多个天线单元构成相控子阵，所有相控子阵形成的相控阵波束指向一致；多个相控子阵构成数字子阵，数字子阵在相控阵波束指向范围内生成数字波束；多个数字子阵构成干涉阵列，每个数字子阵作为一个单元参与干涉阵列的干涉式相关运算，干涉阵列在数字波束范围内完成干涉式被动微波成像。

技术领域

本发明涉及微波微波被动成像探测领域，特别涉及一种基于阵列波束形成的干涉式被动微波成像系统及方法。

背景技术

基于天线阵列的波束形成技术是天线设计领域的常用方法。根据波束形成方式的不同，可以分为基于模拟移相器网络的相控阵波束形成和基于数字移相器的数字波束形成。相控阵波束形成通过模拟的移相器对每个的单元的信号进行移相，然后对相控阵列的所有信号进行求和形成和波束。数字波束形成通过对每个单元的信号进行采样形成数字信号，然后通过数字移相和数字加法器形成数字和波束信号。(参考文献：H.Steyskal.Digital Beamforming Antennas:An Introduction[J].Microw.Journal,vol.30,pp.107-110,Jan.1986.)。

干涉式被动微波成像技术是射电天文领域和卫星遥感领域常用的成像探测方法。该技术利用多个同步接收的接收单元构成干涉阵列，每个接收单元作为一个干涉单元参与干涉阵列的两两相关运算，完成空间频率域的有效覆盖观测。然后通过基于逆傅里叶算子的图像反演完成空域成像探测。(参见参考文献1：韩东浩“旋转圆环阵列综合孔径微波辐射计系统研究”[D].中国科学院大学，2012.)。

干涉式被动微波成像技术的优点是可以获得较高的孔径稀疏比，即可以基于较少的天线单元数目通过阵列的优化设计获得较高的空间分辨率，干涉式被动微波成像技术的缺点是观测灵敏度低且干涉式运算计算量大。基于天线阵列的波束形成技术的优点是可以形成指向灵活的多波束且不损失灵敏度，缺点是天线单元数目多，孔径稀疏比低。其中，相控阵波束形成结构简单但波束形成效果固定不易调整，数字波束形成结构复杂，但形成的波束数目和波束形状灵活可变。

发明内容

本发明的目的在于克服干涉式被动微波成像技术的灵敏度低、计算复杂的缺点，克服阵列波束形成技术的天线单元数目多、孔径稀疏比低的缺点，提出了一种基于阵列波束形成的干涉式被动微波成像系统及方法。

本发明提出了一种基于阵列波束形成的干涉式被动微波成像系统，

所述系统包括一个干涉阵列，所述干涉阵列包括P个数字子阵，每个所述数字子阵包括N个相控子阵；每个所述相控子阵包括M个天线单元；

所述N个相控子阵通过相控阵波束形成方法形成指向相同的相控阵波束；每个数字子阵在相控阵波束指向范围内生成数字波束，同时每个数字子阵作为一个干涉单元参与干涉阵列的干涉式相关运算，在数字波束范围内完成干涉式被动微波成像。

作为上述技术方案的改进之一，每个所述相控子阵通过相控阵波束形成方法形成一个相控阵波束；所述系统共形成P×N个相控阵波束，所述P×N个相控阵波束指向一致；

所述系统通过分别配置相控阵波束形成参数，控制相控阵波束指向完成整体观测区域的扫描。

作为上述技术方案的改进之一，每个所述数字子阵通过数字阵列波束形成方法生成Q个数字波束；所述P个数字子阵形成P×Q个数字波束；所述P×Q个数字波束分为Q组，每组包含P个数字波束，每组包含的P个数字波束分别来自P个数字子阵，且组内P个数字波束的波束指向相同；Q组数字波束共有Q个数字波束指向，所有数字波束指向位于相控阵波束范围内；

所述系统通过配置数字子阵波束形成参数，控制数字波束指向在相控阵波束区域内进行扫描，抑制干涉式被动微波成像的视场混叠。