[發明專利]一種基于旋轉分時采樣的綜合孔徑輻射計相位自定標方法

有效

• 申請號: 201510885280.3
• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號: CN105548973B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 韓東浩;劉浩;吳季;張成;張穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,劉振

技術領域

本發明涉及旋轉分時采樣綜合孔徑輻射計領域，尤其涉及一種基于旋轉分時采樣的綜合孔徑輻射計的相位自定標方法。

背景技術

被動微波遙感綜合孔徑成像技術，最早應用于射電天文領域，后來在衛星遙感對地觀測領域取得成功應用。該技術使用干涉儀進行干涉測量成像，可縮短天線實際物理尺寸，利用小尺寸天線接收到的信號進行孔徑合成，從而獲得足夠的空間分辨率。在保證成像時間及圖像指標的前提下，為盡可能降低系統的復雜度，可利用天線單元數目較少的稀疏陣列通過旋轉完成分時采樣，對非稀疏陣列進行等效，在犧牲時間分辨率的前提下降低了系統的成本，從而用相對簡單的系統獲得了較高空間分辨率的圖像。

被動遙感儀器都需要定標來精確地修正儀器結構自身的誤差，確定儀器輸出與目標真實輸入之間的關系，實現儀器輸出數據定量化，滿足應用需求。基于綜合孔徑原理的成像輻射計在設計實現上的一大難點就是對原始信號的定標校正。綜合孔徑輻射計采用干涉測量成像，而干涉對信號的相位非常敏感，因此綜合孔徑輻射計在幅度定標的同時還需要考慮相位的定標。

現有的綜合孔徑輻射計，通常采用公共噪聲注入的方式進行相位定標(Corbella I,Torres F,Camps A,et al.MIRAS end-to-end calibration:application to SMOS L1processor:IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2005,Volume 43,Section 5,pp.1126-1134.)。其基本原理為，將一公共噪聲源的信號經過多路功分后注入到不同的接收機中，根據相關器的結果計算出通道兩兩間的相位差。該方法原理簡單，且在理論上對所有的綜合孔徑輻射計均適用。但該方法在實現中會遇到各種問題，由于對信號源的功分具有不一致性，因此需要引入高低兩個公共噪聲源，如果一個公共噪聲源功分網絡難以有效覆蓋全部接收機，則需要引入多個公共噪聲源網絡進行有重疊的覆蓋，從而實現所有接收機的兩兩相位校正。該方法在實際應用中對器件的穩定性要求高，并且在硬件上會引入復雜的定標專用結構。當綜合孔徑輻射計的工作頻率較高時，比如毫米波或亞毫米波綜合孔徑輻射計，由于受器件加工工藝的限制，該方法很難實現。

另外，綜合孔徑輻射計的相位定標還可采用自定標的方法(Torres F,Tanner A B,Brown S T,et al.Analysis of Array Distortion in a Microwave Interferometric Radiometer:Application to the GeoSTAR Project：IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2007,Volume 45，Section 7，pp.1958-1966.)。將綜合孔徑輻射計進行旋轉測量和冗余基線測量，利用旋轉冗余信息和基線冗余信息可構成冗余方程組，然后解得各通道的相位。該方法的優點在于不需要輻射計自身測量結構以外的相位定標硬件機構。但是，以往的這種相位自定標方法的缺點在于，冗余方程的信噪比很差，需依靠外部點源目標或類似點源目標來保證冗余方程的信噪比；以往的綜合孔徑輻射計往往采用靜止成像模式，即在成像過程中，陣列靜止不動，因此需要分配單獨的相位定標時間，通過陣列的旋轉完成相位定標；以往的相位定標方法對于方程解產生的相位模糊問題無法通過自身數據進行消除，需依靠對各通道相位信息的提前預估完成相位去模糊(Jin R,Li Q,Chen K,et al.An On-Board External Calibration Method for Aperture Synthesis Radiometer by Rotation:Geoscience&Remote Sensing Letters IEEE,2012,Volume 9,Section 5,pp.901-905.)。

發明內容

本發明的目的在于，為突破現有的綜合孔徑輻射計相位定標技術的困境，克服現有相位自定標對目標源的依賴，本發明提供了一種基于旋轉分時采樣的綜合孔徑輻射計的相位自定標方法，該相位自定標方法針對旋轉分時采樣體制的綜合孔徑輻射計，利用時間加權平均和基線幅度加權的方式提高了冗余方程組的信噪比，與去模糊預置信息相結合，提出了一套完備的相位自定標方法。

為實現上述目的，本發明提供的一種基于旋轉分時采樣的綜合孔徑輻射計的相位自定標方法，該方法包含如下步驟：