[發(fā)明專利]一種基于二單元掃描干涉儀的自定標近場成像方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010355679.1
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111505637B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周燕暉;劉浩;張成
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/40
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明屬于近場目標探測與成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于二單元掃描干涉儀的自定標近場成像方法，包括：利用兩個天線單元進行分時采樣，將兩個接收機接收的采樣數(shù)據(jù)進行復(fù)相關(guān)運算，獲得與每一基線對應(yīng)的可視度函數(shù)值，生成一個可視度函數(shù)值集合，作為可視度函數(shù)；對獲得的可視度函數(shù)進行接收機通道相位誤差校正和近場相位誤差校正，獲得近場誤差校正后的可視度函數(shù)；基于近場待觀測視場的二維亮溫圖像與近場誤差校正后的可視度函數(shù)之間的傅里葉變換關(guān)系，以近場待觀測視場的二維亮溫圖像為輸入變量，利用近場誤差校正后的可視度函數(shù)，根據(jù)不同的天線陣列構(gòu)型，采用不同的快速逆傅里葉變換算法，進行圖像反演，獲得近場觀測視場的亮溫圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于被動微波遙感和近場目標探測與成像技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于二單元掃描干涉儀的自定標近場成像方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

干涉式綜合孔徑輻射計是被動微波遙感領(lǐng)域中實現(xiàn)微波輻射測量的主要技術(shù)手段之一。該系統(tǒng)通過對觀測場景亮溫的空間頻率域分布進行測量，獲得可視度函數(shù)。然后利用觀測場景亮溫分布與可見度函數(shù)之間的傅里葉變換關(guān)系，重建觀測場景的亮溫分布。與傳統(tǒng)真實孔徑輻射計相比，干涉式綜合孔徑微波輻射計的最大優(yōu)勢在于解決了被動微波遙感空間分辨率低、機械掃描難度高以及體積重量大的技術(shù)問題，在星載對地觀測領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。2009年歐空局發(fā)射的土壤濕度與海洋鹽度衛(wèi)星(SMOS,Soil Moistureand Ocean Salinity)是國際首顆以綜合孔徑微波輻射計為主載荷的對地觀測衛(wèi)星。在此之后，針對海洋鹽度遙感及靜止軌道大氣探測等應(yīng)用場景，多項新體制載荷概念及衛(wèi)星觀測計劃相繼提出，相關(guān)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。除衛(wèi)星遙感應(yīng)用之外，近場成像是干涉式綜合孔徑技術(shù)的另一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。一方面，在地面測試階段，面向星載應(yīng)用所研發(fā)的綜合孔徑輻射計系統(tǒng)往往無法達到所需要的遠場條件，必須在近場條件下，完成對系統(tǒng)成像及部分系統(tǒng)級指標的驗證；另一方面，近年來，人體隱匿危險品安檢成像、惡劣視覺條件下的近距離目標成像、地下埋入物品探測等方面的實際應(yīng)用也對高分辨率被動微波近場成像提出了迫切的需求。

但是，傳統(tǒng)的基于傅里葉變換的成像算法是在滿足遠場條件的前提之下，而在近場條件下，由于天線陣列到空間域采樣點的距離差不一致引入的近場相位誤差，導(dǎo)致該條件下的基于傅里葉變換的成像算法失效，因此，近場成像算法是綜合孔徑輻射計近距離成像應(yīng)用亟待解決的關(guān)鍵問題。

國內(nèi)外研究機構(gòu)采用了不同的方法進行解決，第一類近場成像方法的思路是通過改變天線布局排列，使得可視度函數(shù)與亮溫分布滿足傅里葉變換關(guān)系，如新澤西理工學(xué)院和丹麥技術(shù)大學(xué)提出將球面分布的天線陣用于近場觀測，從而得到與遠場條件下相同的可視度函數(shù)表達式，進而利用傅里葉變換關(guān)系反演得到目標亮溫。該方法的最大優(yōu)勢在于可實現(xiàn)對任意大小目標的近場觀測，但是，該方法限制了系統(tǒng)的觀測距離，其僅對球面半徑距離處的場景的成像結(jié)果有效，若對其他距離處的目標進行探測，必須改變球面陣的半徑長度，這在實際應(yīng)用中很難實現(xiàn)，另外，傅立葉變換關(guān)系是在滿足傍軸近似的前提條件下，即要求觀測距離遠大于所采用的天線陣型的最長基線，在探測天線與目標視場的距離較小的情況下，采用二階近似不能夠保證精度，直接利用傅立葉變換進行反演會使得成像結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。

另一類近場成像方法的思路是在原有的平面陣基礎(chǔ)上，對近場條件下的可視度函數(shù)相位進行修正，使得場景亮溫分布與可視度函數(shù)成為一種近似的傅里葉變換關(guān)系。如歐空局的SMOS衛(wèi)星上搭載的有效載荷MIRAS和美國NASA研制的地球靜止軌道星載毫米波綜合孔徑輻射計GeoSTAR樣機的地面成像測試中，采用了近場相位校正方法，對點源目標及擴展目標的測試數(shù)據(jù)進行了處理。其中，在對擴展目標進行成像實驗時，研究人員以成像系統(tǒng)的天線陣的中心軸線的某一位置處作為參考點源，并假設(shè)系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)是由該點源造成。但是，在某一位置存在一個參考點源的假設(shè)沒有理論支撐，而且該方法對占據(jù)視場范圍較大的擴展目標成像時誤差較大。