本发明专利技术公开了基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法及系统，涉及微波遥感及探测技术领域。本发明专利技术包括：接收天线阵列排布数据，根据天线阵列排布数据生成余弦变换矩阵，对余弦变换矩阵进行反余弦变换生成初始权向量；计算初始权向量与余弦变换矩阵的乘积，得到阵列因子，对阵列因子进行优化，压低其中的旁瓣或者干扰区域对成像方向的影响；求解天线阵列输出的转移方程得到余弦可见度；使用优化后的权向量与余弦可见度相乘，得到重建图像。本发明专利技术通过优化图像重建过程中的权向量，可以调控阵列因子中非成像方向对成像方向的影响，从而降低其旁瓣，特别的，可以对压低干扰方向的旁瓣，从而提升重建图像质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波遥感及探测，具体为基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法及系统。
技术介绍
1、空间分辨率是微波辐射计的关键指标，现有微波辐射计主要采用实孔径或综合孔径体制，它们在提升空间分辨率方面均存在困难。实孔径体制的主要困难是大口径天线：大口径天线无论是研制、运输还是安装都是工程上的挑战，其表面变形控制、扫描体制设计和精度保障也面临困难。综合孔径体制的主要困难是高系统复杂度：高空间分辨率指标对综合孔径体制辐射计的天线数量提出较高要求，后续接收机数量随之增加，相关器件数量约为天线数量的平方，复杂系统也面临可靠性保障问题。为解决上述问题，研究人员提出了镜像综合孔径的概念，已经初步验证了其原理，通过在天线阵列旁放置反射板即可提升空间分辨率，是解决微波辐射计中空间分辨率提升难题的一个选项。
2、然而镜像综合孔径的现有图像重建方法没有考虑重建图像像素值与场景亮温分布的关系，实际上镜像综合孔径重建图像的像素值与所有方向的场景亮温有关，并可以用阵列因子表征这种关系，现有重建方法的阵列因子与像素位置有关，即不同亮温反演方向的像素值与场景亮温分布的关系不同，表现为空间变化，阵列因子的空间变化导致重建图像像素值受到场景中其他方向亮温的干扰，且这种干扰缺少有效的抑制途径，引起了图像质量下降，为此，我们提出基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法及系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法及系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。</p>2、根据本专利技术的第一方面，为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，包括以下步骤：
3、接收天线阵列排布数据，根据天线阵列排布数据生成余弦变换矩阵，对余弦变换矩阵进行反余弦变换生成初始权向量；
4、计算初始权向量与余弦变换矩阵的乘积，得到阵列因子，对阵列因子进行优化，压低其中的旁瓣或者干扰区域对成像方向的影响；
5、求解天线阵列输出的转移方程得到余弦可见度；
6、使用优化后的权向量与余弦可见度相乘，得到重建图像。
7、进一步地，根据天线阵列排布数据生成余弦变换矩阵，对余弦变换矩阵进行反余弦变换生成初始权向量，具体如下：
8、(21)天线阵列排布为：[x1，x2，...xn]，其中xi表示天线位置且0.5的正整数倍数，n是天线的数量；
9、(22)余弦变换矩阵cm是描述从原始场景亮温分布向量到余弦可见度向量的关系矩阵，基于cm建立以下关系：
10、cv＝t·cm
11、式中，cv为余弦可见度矩阵，t为原始场景亮温分布向量；
12、(23)设原始场景亮温分布离散化为一个1×p的向量，由天线阵列排布得到的余弦可见度数量为q，q为以下集合的元素数量：
13、{|xi-xj|}∪{|xi+xj|}
14、式中xi和xj为天线阵列中任意两个天线；
15、(24)则余弦变换矩阵cm可以表示为：
16、
17、其中ξi，i＝1，2，...p是成像视场的方向余弦，p是视场划分的数量，ui为天线阵列中任意两个天线xi和xj形成的基线，其值等于|xi-xj|，＝1，2，..，n，j＝1，2，...，n；
18、(25)对成像视场内某一方向ξi，其反余弦变换定义为：
19、
20、具体为：
21、
22、由此得到的初始权向量win0为：
23、
24、式中，ξi，i＝1，2，...p是成像视场的方向余弦，ui为天线阵列中任意两个天线xi和xj形成的基线，其值等于|xi-xj|，＝1，2，..，n，j＝1，2，...，n。
25、进一步地，优化权向量与余弦变换矩阵的乘积，即阵列因子，压低其中的旁瓣或者干扰区域对成像方向的影响，具体如下：
26、(31)ξi方向的重建亮温与原始场景亮温分布的关系可以表示为：
27、
28、即该方向重建亮温是原始场景亮温分布与阵列因子af的乘积；
29、(32)建立优化模型，优化上式中的win0，得到优化后的权向量winop：
30、
31、式中ξ0是成像方向，ξj是需要控制阵列因子旁瓣小于ε的成像干扰方向，ξk是需要控制阵列因子旁瓣小于μ的其他成像方向。
32、进一步地，求解天线阵列输出的转移方程得到余弦可见度，具体如下：
33、(41)对于天线阵中的任意天线i和天线j，其相关值rij表示为：
34、rij＝cv(di-dj)±cv(di+dj)
35、其中等式右边的±符号由天线阵列中天线的极化方式决定，cv是余弦可见度，它与场景亮温分布关系为：
36、式中，ξ＝sinθ为方向余弦，为
37、修正单位立体角的场景亮温分布函数，u为波长归一化的空间频率；
38、(42)将天线阵列中所有天线的相关值组合得到相关值矩阵r，将它们对应的余弦可见度组合得到余弦可见度矩阵cv相关值矩阵与余弦可见度矩阵之间的关系可以用一个线性方程组，即转移方程描述：
39、r＝p·cv其中，p称为转移矩阵，它由天线阵
40、列决定；
41、通过镜像综合孔径辐射计得到相关值矩阵r，将其代入转移方程，求解得到余弦可见度矩阵cv。
42、进一步地，使用优化后的权向量与余弦可见度相乘，得到重建图像，具体如下：
43、得到ξi方向的重建亮温为：
44、
45、遍历场景亮温分布的所有方向，即可获得场景亮温分布的重建图像。
46、根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种基于权向量优化的一维镜像综合孔径辐射计的成像系统，用于实现上述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，包括：
47、初始权向量生成模块，用于接收天线阵列排布数据，根据天线阵列排布数据生成余弦变换矩阵，对余弦变换矩阵进行反余弦变换生成初始权向量；
48、第一计算模块，用于计算初始权向量与余弦变换矩阵的乘积，得到阵列因子，对阵列因子进行优化，压低其中的旁瓣或者干扰区域对成像方向的影响；
49、第二计算模块，用于求解天线阵列输出的转移方程得到余弦可见度；
50、第三计算模块，用于使用优化后的权向量与余弦可见度相乘，得到重建图像。
51、根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了上述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法。
52、根据本专利技术的第四方面，本专利技术提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，根据天线阵列排布数据生成余弦变换矩阵，对余弦变换矩阵进行反余弦变换生成初始权向量，具体如下：
3.根据权利要求2所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，优化权向量与余弦变换矩阵的乘积，即阵列因子，压低其中的旁瓣或者干扰区域对成像方向的影响，具体如下：
4.根据权利要求1所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，求解天线阵列输出的转移方程得到余弦可见度，具体如下：
5.根据权利要求1所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，使用优化后的权向量与余弦可见度相乘，得到重建图像，具体如下：
6.一种基于权向量优化的一维镜像综合孔径辐射计的成像系统，用于实现权利要求1至5中任一项所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，包括：
7.一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了权利要求1至5中任一项所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法。
8.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1至5中任一项所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法。
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【技术特征摘要】
1.基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，根据天线阵列排布数据生成余弦变换矩阵，对余弦变换矩阵进行反余弦变换生成初始权向量，具体如下：
3.根据权利要求2所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，优化权向量与余弦变换矩阵的乘积，即阵列因子，压低其中的旁瓣或者干扰区域对成像方向的影响，具体如下：
4.根据权利要求1所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，求解天线阵列输出的转移方程得到余弦可见度，具体如下：
5.根据权利要求1所述的基于权向量优化的镜像综合孔径辐射计成像方法，其特征在于，使...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷振羽，孙瑞，徐杨，梁启超，
申请(专利权)人：深空探测实验室天都实验室，
类型：发明
国别省市：
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