旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波遙感及探測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì) 及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波輻射計(jì)用于接收目標(biāo)或環(huán)境的微波熱輻射，也被稱為被動微波遙感器。為了 提高實(shí)孔徑微波輻射計(jì)的空間分辨率，就需要增大天線口徑，而增大天線口徑面臨制造、體 積重量、掃描方面的困難，于是出現(xiàn)了綜合孔徑微波輻射計(jì)。綜合孔徑輻射計(jì)利用多個離散 的小天線合成等效的大天線孔徑，從而避免實(shí)孔徑大天線面臨的困難。但其是以系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 和信號處理復(fù)雜度為代價的，特別是對于大型綜合孔徑系統(tǒng)如星載綜合孔徑輻射計(jì)，由于 天線數(shù)目過多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理非常復(fù)雜，此外龐大的數(shù)據(jù)量也是一個不可忽視的重 要問題。這些因素都限制了空間分辨率的進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)及測量方法， 其目的在于使用更少的天線陣元實(shí)現(xiàn)更高的空間分辨率。
[0004] 本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，包括旋轉(zhuǎn)鏡像陣列、接收通道陣列 和旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑處理器：旋轉(zhuǎn)鏡像陣列包括天線陣、反射板和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，反射板與天線 陣面成角度設(shè)置，反射板用于獲得更多的等效天線即鏡像天線，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于使得天線陣 和/或反射板轉(zhuǎn)動，工作時通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在不同的方位上不斷增加等效的天線 即鏡像天線；接收通道陣列，與旋轉(zhuǎn)鏡像陣列連接，用于對旋轉(zhuǎn)鏡像陣列的輸出進(jìn)行放大、 變頻和濾波處理，以及旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑處理器，與接收通道陣列連接，用于對接收通道陣 列的輸出進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑變換后獲得觀測場景的亮溫圖像。
[0005] 更進(jìn)一步地，所述反射板與所述天線陣面之間的角度范圍為0-90度。
[0006] 更進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電動機(jī)，通過電動機(jī)使得所述天線陣和/或所述反 射板轉(zhuǎn)動。多種可選擇的旋轉(zhuǎn)方式可以為使用提高供靈活性。
[0007] 更進(jìn)一步地，所述天線陣為一維天線陣列或二維天線陣列。所述反射板為一塊、兩 塊或多塊。一塊反射板可以實(shí)現(xiàn)一維空間分辨率的提高，兩塊反射板可以實(shí)現(xiàn)二維空間分 辨率的提高，多塊反射板可以使二維空間分辨率提高更多倍；反射板可以與天線陣面垂直 或成一定角度，反射板與天線陣面成一定角度可以調(diào)節(jié)觀測范圍。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種基于上述的旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)的測量方法，包括下述 步驟：
[0009] (1)通過旋轉(zhuǎn)鏡像陣列接收場景的微波輻射，并采集第i個天線在第k時刻的輸出 信號h(tk);
[0010] 其中任一天線i的位置為（Xi (tk)，yi (tk))，tk表示第k時刻，k= 0, 1，2…L，L為 采樣時刻總數(shù)，L為正整數(shù)；i= 0, 1，2…Q，Q為天線總數(shù)；
[0011] (2)對天線采集的信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑變換并獲得輸出；
[0012] (2. 1)獲得原天線i的位置為〇^匕)^匕)），以及鏡像天線的位置，
[0013] 鏡像天線il、i2、i3、i4、i5、i6、i7、i8 的位置分別為（Xiakh-yjtk))、 (-Xi(tk),yi(tk)) > (-Xi(tk),-yi(tk)) > (Xi(tk),yi(tk)+2hyi) >(~Xi(tk),Yi(tk)+2hyi) > (Xi(tk) +2hxi,yi(tk))、（Xi(tk) +2hxi,i(tk))、（Xi(tk) +2hxi,yi(tk) +2hyi)，其中hyi、hxi為原 線i距第三、四反射板的距離。記V(i，j)(tk)為天線i與j的時間可見度（這是計(jì)算過程中 的一個中間量），其中j的取值范圍與i同。
[0014](2. 2)計(jì)算兩個原天線i,j輸出信號的乘積Rij(tk) =bJtJbjUk)，
[0015] (2. 3)對每一個時刻tk，構(gòu)造以下方程
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，其特征在于，包括： 旋轉(zhuǎn)鏡像陣列，包括天線陣、反射板和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述反射板與所述天線陣面成角度設(shè) 置，所述反射板用于獲得更多的鏡像天線，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于使得所述天線陣和/或所述 反射板轉(zhuǎn)動；工作時通過旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在不同的方位上不斷增加鏡像天線； 接收通道陣列，與所述旋轉(zhuǎn)鏡像陣列連接，用于對所述旋轉(zhuǎn)鏡像陣列的輸出進(jìn)行放大、 變頻和濾波處理； 旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑處理器，與所述接收通道陣列連接，用于對所述接收通道陣列的輸 出進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑變換后獲得觀測場景的亮溫圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，其特征在于，所述反射板與所述天 線陣面之間的角度范圍為0-90度。
3. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電動 機(jī)，通過電動機(jī)使得所述天線陣和/或所述反射板轉(zhuǎn)動。
4. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，其特征在于，所述天線陣為一維天 線陣列或二維天線陣列。
5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，其特征在于，所述反射板 為一塊、兩塊或多塊。
6. -種基于權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)的測量方法，其特征 在于，包括下述步驟： (1) 通過旋轉(zhuǎn)鏡像陣列接收場景的微波輻射，并采集第i個天線在第k時刻的輸出信號 bi(tk)； 其中任一天線i的位置為（XiUk), yi(tk))，tk表示第k時刻，k = 0, 1，2…L, L為采樣 時刻總數(shù)，L為正整數(shù)；i = 0, 1，2…Q，Q為天線總數(shù)； (2) 對天線采集的信號進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑變換并獲得觀測場景的亮溫圖像； 所述旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑變換具體為： (2. 1)獲得原天線i的位置以及鏡像天線的位置； 其中原天線1的位置為匕(1：15)，71(1:15))，鏡像天線;[1、12、13、14、15、16、 i7、i8 的位置分別為（XiUk) ,IiUk))、（-XiUk) JiUk)) J-XiUk) ,IiUk))、 (Xi (tk), Yi (tk)+2hyi) > (-Xi (tk), Yi (tk)+2hyi) > (Xi(tk)+2hxi, yi(tk)) > (Xi (tk)+2hxi,-Yi (tk)) > (Xi(tk)+2hxi，yi(t k)+2hyi)，hyi、hxi分別為原天線i距第三、四反射板的距離；V (i'j)(tk)為天 線i與天線j的時間可見度，其中j的取值范圍與i相同； (2. 2)獲得原天線i輸出信號匕⑴）和原天線j輸出信號bj(tk)的乘積RijUk) =bi(tk) bj(tk)； (2. 3)根據(jù)每一個時刻tk所對應(yīng)的所述乘積
，獲得原天線i與原天線j在時刻k的時間 可見度V(U (tk)，以及鏡像天線in與原天線j在時刻k的時間可見度ν(?η'Λ (tk)的值； 其中η為鏡像天線的序號，M為鏡像天線數(shù)，η = 1，2……M ; (2.4)根據(jù)所述原天線i的位置、所述鏡像天線的位置、以及時間可見度獲得觀測場景 的亮溫圖像
其中，7\?λ妁為輸出值，對應(yīng)于場景在0、p方向上的亮溫，Θ表示信號方向與天線 陣列平面法線的夾角，P表示輻射信號方向在天線陣列平面上的投影與天線陣列橫向的夾 角，f = Sin^cos%?7 = sin沒sin滬，γ = 2 π / λ，λ為工作波長，ji為圓周率。
7. 如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，當(dāng)反射板為一個時，M為I ;當(dāng)反射板為 兩個時，M為3 ;當(dāng)反射板為三個時，M為5 ;當(dāng)反射板為四個時，M為8。
8. 如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，當(dāng)反射板為一個時，輸出值f(0.糾取前 2項(xiàng)；當(dāng)反射板為兩個時，輸出值六久妁取前4項(xiàng)；當(dāng)反射板為三個時，輸出值：f (久妁取前 6項(xiàng)；當(dāng)反射板為四個時，輸出值取全部9項(xiàng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)及測量方法，包括旋轉(zhuǎn)鏡像陣列、接收通道陣列和旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑處理器；旋轉(zhuǎn)鏡像陣列包括天線陣、反射板和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，反射板與天線陣面成角度設(shè)置，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于使得天線陣和/或反射板轉(zhuǎn)動；接收通道陣列與旋轉(zhuǎn)鏡像陣列連接，用于對旋轉(zhuǎn)鏡像陣列的輸出進(jìn)行放大、變頻和濾波處理；旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑處理器與接收通道陣列連接，用于對接收通道陣列的輸出進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑變換后獲得輸出。本發(fā)明以較小的天線陣元數(shù)獲取等效的更大天線陣的效果，即以較少的天線陣元數(shù)獲取更高的空間分辨率。相較于傳統(tǒng)的綜合孔徑輻射計(jì)，旋轉(zhuǎn)鏡像綜合孔徑輻射計(jì)的空間分辨率更高、而所需的天線陣元數(shù)更少。
【IPC分類】G06F19-00, G01S13-88, G01S13-90
【公開號】CN104535998
【申請?zhí)枴緾N201410810928
【發(fā)明人】李青俠
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月23日