一种综合孔径微波辐射计联合校正方法技术

本发明专利技术提供了一种综合孔径微波辐射计联合校正方法，包括：(1)选择最短基线作为冗余基线，构造所有相关的定标方程；(2)选定少许接收机单元作为内部相干噪声注入单元，通过噪声注入校正方法获得其幅度和相位误差，并构造与这些噪声注入单元相关的定标方程；(3)联立(1)和(2)的所有定标方程，构造一个基于冗余空间和内部相干噪声注入的联合定标方程组；(4)求解(3)构造的联合定标方法组，获得所有接收机的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角；(5)根据步骤(4)获得的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角，校正测量的可见度函数，采用亮温反演方法获得校正的亮温图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波遥感及探测
，更具体地，涉及一种综合孔径微波辐射计误差校正方法。
技术介绍
综合孔径微波辐射计利用多个离散的小天线合成等效的大天线孔径，采用稀疏阵列排布，减少了天线的重量和体积，也可提高被动微波遥感的空间分辨率。但是这种优势是以系统结构和信号处理复杂度为代价的，特别是在大型综合孔径微波辐射计系统中，如星载综合孔径辐射计。在综合孔径微波辐射计中，误差校正是确保其良好性能的重要一环。目前，主要存在两种误差校正方法：1、冗余空间校正；2、内部相干噪声注入校正。在大型综合孔径微波辐射计中，当采用冗余空间校正时，由于受到误差传播和指向误差的影响，其校正效果不佳，无法保证综合孔径微波辐射计的重要性能；当采用内部相干噪声注入校正时，其校正效果较佳，能够保证辐射计性能。但由于内部相干噪声注入校正需要额外增加定标网络和定标源，因此极大地增加了综合孔径微波辐射计的重量和体积，亦很难保证定标网络输出校正信号的幅度和相位的一致性，且无法校正综合孔径微波辐射计天线臂的误差，尤其是在大型综合孔径微波辐射计中。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于冗余空间和内部相干噪声注入的综合孔径微波辐射计联合校正方法，其目的是以增加较少的硬件作为代价获得较好的误差校正效果，由此解决冗余空间校正中误差校正效果不佳和内部相干噪声注入校正中极大地增加综合孔径微波辐射计重量和体积的技术问题。本专利技术针对综合孔径微波辐射计，提供了一种基于冗余空间和内部相干噪声注入的联合校正方法，包括下述步骤：(1)基于冗余空间构造定标方程；由于长基线的信噪比较差，影响校正精度，为了提高校正精度，仅选择最短基线作为冗余基线，构造所有相关的定标方程；(2)基于内部相干噪声注入构造定标方程；选定少许接收机单元作为内部相干噪声注入单元，通过噪声注入校正方法获得其幅度和相位误差，并构造与这些噪声注入单元相关的定标方程；(3)联立(1)和(2)的所有定标方程，构造一个基于冗余空间和内部相干噪声注入的联合定标方程组；(4)求解(3)构造的联合定标方法组，获得所有接收机的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角；(5)根据(4)获得的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角，校正测量的可见度函数，采用亮温反演方法获得校正的亮温图像。更进一步地，在步骤(1)中，冗余基线是指不同天线对具有相同的基线，基线是指两个天线坐标位置的差值(u,v)(以波长为单位)，其计算公式为u＝(xi-xj)/λ和v＝(yi-yj)/λ；其中，(xi,yi)表示天线单元i的坐标，λ表示工作波长；最短冗余基线是指距离最短两个天线对组成的基线。更进一步地，在步骤(1)中，基于最短基线组成的定标方程组是一个病态的(欠定的，方程组的未知量的个数多于独立方程的个数)。更进一步地，在步骤(2)中，内部相干噪声注入是指通过功分网络，将噪声源的噪声信号等幅度相位地输入到每个接收机通道，从而实现对接收机通道的误差校正；通过噪声注入可获得接收机通道幅度和相位误差；少许噪声注入单元的选择也是需要精心设计的。更进一步地，在步骤(2)中，注入相干噪声单元的个数由步骤(1)基于最短基线构造的方程组的未知量个数与其独立定标方程个数的差值(M)决定，噪声注入单元个数最少为M个，以保证步骤(3)组成的联合定标方程组是良态的(正定或超定的)。更进一步地，在步骤(3)中，联合定标方程组必须是一个良态方程组，至少是一个正定方程组。更进一步地，在步骤(4)中，当联合定标方程组是超定方程时，选择最小二乘法求解联合定标方程组。更进一步地，在步骤(5)中，所述的亮温反演方法是采用傅里叶变换。本专利技术提供基于冗余空间和内部噪声注入的综合孔径微波辐射计联合校正方法：首先，构造所有基于最短冗余基线的定标方程；其次，基于内部噪声注入构造基于噪声注入的定标方程；随后，联立基于冗余空间和内部噪声注入的定标方程，构造一个联合的定标方程组；然后，求解联合定标方程组获得综合孔径微波辐射计的幅度和相位误差、以及天线臂的异面失真偏移角；最后，根据获得幅度相位误差和天线臂的异面失真偏移角，校正测量的可见度函数，采用亮温反演算法将校正的可见度函数反演得到校正后的亮温图像。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，在获得较好的误差校正效果的同时，可极大地降低综合孔径微波辐射计的体积和重量，亦能校正天线臂的异面失真引起的误差。附图说明图1是综合孔径微波辐射计误差模型示意图；图2是单臂天线个数为Nel＝23的交错“Y”型阵示意图；天线阵由天线臂“A”(天线编号为1～23)，天线臂“B”(天线编号为24～46)和天线臂“C”(天线编号为47～69)组成；圆圈代表“噪声注入单元”，可通过定标开关在天线输出端口和定标网络噪声输出端口间切换(如图1所示)；×代表“正常单元”，直接与天线输出端口相连；图3是冗余空间、内部噪声注入和联合校正方法获得相位误差的残差图；图4是作为测试场景的理想地球亮温场景；图5是通过联合校正方法校正后的地球亮温场景；图6是联合校正方法校正后的亮温残差图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术涉及微波遥感及探测
，具体涉及用于被动微波遥感的综合孔径微波辐射计，可作为地球遥感、月球遥感、深空探测等的遥感器。图1示出了综合孔径微波辐射计误差模型，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：综合孔径微波辐射计误差主要包括：接收机通道幅度误差gk和相位误差αk、天线臂同面偏移误差、天线臂异面偏移误差、天线互耦效应、不可分离幅度误差、不可分离幅度相位等。其中，天线臂同面偏移误差可用同面偏移角β表示；天线臂异面偏移误差可用异面偏移角表示。需要注意的是：在综合孔径微波辐射计系统中，通过精心设计，可忽略天线臂同面偏移角β、天线互耦效应、不可分离幅度和相位误差；天线互耦效应亦可通过其它已有的方法补偿；而天线臂异面偏移误差对综合孔径微波辐射计的亮温影响较大、无法通过精心的系统设计而忽略其影响。本专利技术只考虑综合孔径微波辐射计的接收机通道幅度和相位误差、以及天线臂异面偏移误差。综合孔径微波辐射计通过天线接收信号后，接收机通道将天线接收到的信号进行下变频、滤波和放大等，然后将信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合孔径微波辐射计联合校正方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：(1)基于冗余空间构造定标方程：选择最短基线作为冗余基线，构造所有相关的定标方程；(2)基于内部相干噪声注入构造定标方程：选定少许接收机单元作为内部相干噪声注入单元，通过噪声注入校正方法获得其幅度和相位误差，并构造与这些噪声注入单元相关的定标方程；(3)联立(1)和(2)的所有定标方程，构造一个基于冗余空间和内部相干噪声注入的联合定标方程组；(4)求解(3)构造的联合定标方法组，获得所有接收机的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角；(5)根据步骤(4)获得的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角，校正测量的可见度函数，采用亮温反演方法获得校正的亮温图像。

【技术特征摘要】
1.一种综合孔径微波辐射计联合校正方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)基于冗余空间构造定标方程：选择最短基线作为冗余基线，构造所有相关的定标方
程；
(2)基于内部相干噪声注入构造定标方程：选定少许接收机单元作为内部相干噪声注
入单元，通过噪声注入校正方法获得其幅度和相位误差，并构造与这些噪声注入单元相关
的定标方程；
(3)联立(1)和(2)的所有定标方程，构造一个基于冗余空间和内部相干噪声注入的联
合定标方程组；
(4)求解(3)构造的联合定标方法组，获得所有接收机的幅度和相位误差、以及天线臂
的异面偏移角；
(5)根据步骤(4)获得的幅度和相位误差、以及天线臂的异面偏移角，校正测量的可见
度函数，采用亮温反演方法获得校正的亮温图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，冗余基线是指不同天线对
具有相同的基线，基线是指两个天线坐标位置的差值(u,v)(以波长为单位)，其计算公式为
u＝(xi-xj)/λ和v＝(yi-yj)/λ；其中，(xi,yi)表示天线单元i的坐标，λ表示工作波长；最短冗
余基线是指距离最短的天线对组成的基线。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青侠，卢海梁，李浩，李一楠，李炎，余锐，吕容川，
申请(专利权)人：华中科技大学，西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42