[發(fā)明專利]綜合孔徑投影輻射的系統(tǒng)成像方法及綜合孔徑投影輻射計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710820901.9
• 申請(qǐng)日: 2017-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107797110B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建飛;陳曉紅;張勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90;G01S7/03
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張艷

本發(fā)明公開(kāi)了綜合孔徑投影輻射的系統(tǒng)成像方法及綜合孔徑投影輻射計(jì)，本發(fā)明方法以一維線性稀疏陣列作為輻射計(jì)的探測(cè)掃描陣，將其固定于圓周掃描平臺(tái)上按固定步進(jìn)角度對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)二維場(chǎng)景的1D投影圖像的旋轉(zhuǎn)探測(cè)；然后，根據(jù)陣列探測(cè)角對(duì)測(cè)得的1D投影圖像進(jìn)行排列，形成角度?方位圖；最后借助余弦匹配算法從角度?方位圖中提出目標(biāo)場(chǎng)景的亮溫圖像。本綜合孔徑投影輻射計(jì)能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法。本發(fā)明以極少的天線陣元數(shù)實(shí)現(xiàn)了較高精度的二維綜合孔徑成像，有效降低了綜合孔徑輻射計(jì)系統(tǒng)的成本及結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，大大拓寬了綜合孔徑輻射計(jì)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及綜合孔徑投影輻射的系統(tǒng)成像方法及綜合孔徑投影輻射計(jì)，屬于毫米波近場(chǎng)成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

毫米波綜合孔徑成像輻射計(jì)(Synthetic Aperture Imaging Radiometer,SAIR)是一種能夠在不同領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高分辨率觀測(cè)的探測(cè)器。通過(guò)孔徑合成技術(shù)，SAIR可以利用小口徑天線組成大口徑合成天線，實(shí)現(xiàn)高分辨率觀測(cè)。通過(guò)陣元間的復(fù)相關(guān)運(yùn)算測(cè)得場(chǎng)景的可見(jiàn)度函數(shù)(互相關(guān)函數(shù))，并反演出目標(biāo)場(chǎng)景的高溫分布圖像。與傳統(tǒng)實(shí)孔徑成像技術(shù)相比，綜合孔徑成像技術(shù)具有更高的空間分辨率和較好的實(shí)時(shí)性，可在沙塵、煙霧、夜晚等惡劣條件下對(duì)隱匿的金屬目標(biāo)實(shí)現(xiàn)高分辨率實(shí)時(shí)成像，在軍事、導(dǎo)航、醫(yī)療和交通安檢等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，具有大合成孔徑的毫米波合成孔徑成像輻射計(jì)通常需要許多陣元天線和接收器，系統(tǒng)的硬件成本的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高，這嚴(yán)重影響了綜合孔徑成像系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，并限制了空間分辨率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種綜合孔徑投影輻射的系統(tǒng)成像方法及綜合孔徑投影輻射計(jì)，實(shí)現(xiàn)了降低毫米波成像輻射計(jì)系統(tǒng)的成本及復(fù)雜度，使用更少的天線陣元實(shí)現(xiàn)更高的空間分辨率，其具體技術(shù)方案如下：

綜合孔徑投影輻射的系統(tǒng)成像方法，包括以下操作步驟：

步驟1：構(gòu)建一維線性稀疏陣列排列方式的掃描天線陣，將其固定于圓周掃描平臺(tái)上，使其可按固定步進(jìn)角度對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描；

步驟2：利用一維綜合孔徑成像方法—傅里葉變換法，從步驟1的稀疏陣列觀測(cè)數(shù)據(jù)中反演出二維場(chǎng)景的1D投影曲線；

步驟3：將步驟2中二維場(chǎng)景的1D投影曲線按其測(cè)量角度排列，繪制綜合孔徑投影輻射計(jì)的角度-方位圖；

步驟4：利用余弦匹配算法對(duì)步驟3中的綜合孔徑投影輻射計(jì)的角度-方位圖中進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，獲取目標(biāo)場(chǎng)景的亮溫圖。

所述步驟1采用16陣元線性稀疏陣列方式，組成掃描天線陣。

所述步驟2中所述的二維場(chǎng)景的1D投影圖像的獲取過(guò)程為：

根據(jù)綜合孔徑探測(cè)原理，對(duì)于特定旋轉(zhuǎn)角的線性陣列，其陣元(c,l)互相關(guān)測(cè)得可見(jiàn)度函數(shù)為：

式中，·為時(shí)間積分操作，T為目標(biāo)場(chǎng)景的亮溫圖，F(xiàn)()為陣元天線方向圖，指數(shù)項(xiàng)即為綜合孔徑成像的關(guān)鍵——波程差ΔR；將其中經(jīng)泰勒展開(kāi)并化簡(jiǎn)可得：

在陣列投影坐標(biāo)X_rOY_r下引入空域坐標(biāo)u＝k(X_l-X_c)/R，v＝k(Y_l-Y_c)/R＝0后，可得：