綜合孔徑微波輻射成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為一種新型干涉式陣列微波輻射成像系統(tǒng)，綜合孔徑輻射計采用稀疏的小口徑天線陣列合成一個大的物理觀測口徑，降低了天線的體積與重量，且無需掃描即可實現(xiàn)對整個視場的瞬時成像，能夠更好的滿足實際應(yīng)用的需求，具有很強的應(yīng)用前景。
　　 然而越強的能力帶來的限制也就越多。要實現(xiàn)良好的成像性能，綜合孔徑微波輻射計在實際工作中需要解決以下三個關(guān)鍵問題：①各種硬件非理想性因素引入的系統(tǒng)誤差如何校正？②如何實現(xiàn)解決綜合孔徑亮溫圖像重建問題的高性能反

2、演數(shù)值算法？③如何定量評估圖像反演算法性能乃至系統(tǒng)整體成像性能？這三個問題的解決是層次遞進的：綜合孔徑微波輻射成像系統(tǒng)的最終目的是得到高質(zhì)量的亮溫圖像，因此對系統(tǒng)整體成像性能的判斷，就需要依靠對亮溫圖像質(zhì)量的定量評估來解決；而要從測量數(shù)據(jù)中重建高質(zhì)量的亮溫圖像，就需要實現(xiàn)高性能的圖像反演數(shù)值算法；而高性能的反演算法又需要準確的數(shù)據(jù)，這就必須以深入了解系統(tǒng)誤差特性、實現(xiàn)對系統(tǒng)誤差的校正為前提。本文針對綜合孔徑微波輻射成像系統(tǒng)以上三個關(guān)鍵問

3、題的解決方法和關(guān)鍵理論開展研究，主要內(nèi)容如下：
　　 首先本文以可見度函數(shù)為對象，根據(jù)系統(tǒng)誤差作用于可見度函數(shù)的性質(zhì)不同，將其分為系統(tǒng)加性誤差、方位無關(guān)乘性誤差和方位有關(guān)乘性誤差三類，對前兩者分別提出了利用外部參考場景和外部單輔助源的系統(tǒng)整體校正方法，并通過試驗進行了驗證。這種誤差分析和校正思路的最大特點就是從系統(tǒng)整體出發(fā)，化繁為簡，在不增加硬件復(fù)雜度的情況下實現(xiàn)對系統(tǒng)誤差的整體校正。
　　 方位有關(guān)乘性誤差導(dǎo)致綜合孔徑

4、輻射成像系統(tǒng)的圖像重建在數(shù)學(xué)上是一個病態(tài)的反問題，對其求解需要兩大要素：①合適的圖像反演數(shù)值算法；②獲得系統(tǒng)響應(yīng)G矩陣。在輻射計的低信噪比條件下，最常用的廣義解會被噪聲嚴重污染從而偏離所求解問題的真值。為解決這一問題，數(shù)學(xué)上提出了利用正則化參數(shù)在真值和噪聲之間尋求平衡的正則化求解思想。本文在建立綜合孔徑系統(tǒng)圖像重建問題的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，將數(shù)學(xué)上的正則化方法應(yīng)用于綜合孔徑亮溫圖像重建問題的求解中，實現(xiàn)正則化的圖像反演數(shù)值算法，再利用外部點

5、源測量實際系統(tǒng)響應(yīng)G矩陣，最后將兩者結(jié)合，成功的應(yīng)用于綜合孔徑亮溫圖像重建，實現(xiàn)了高質(zhì)量的反演亮溫圖像。
　　 靈敏度是傳統(tǒng)上衡量微波輻射計測量精度的主要指標，但并不適合對單幀亮溫圖像的質(zhì)量進行評估。本文提出用圖像信噪比作為圖像評估指標，設(shè)定在均勻背景下存在單個目標的參考場景，圖像信號強度定義為目標與背景的亮溫差，圖像噪聲強度定義為均勻背景的波動，用背景的空間標準差來計算。這樣定義的圖像信噪比表征了單幀亮溫圖像的空間統(tǒng)計特性，因

6、而能更好的實現(xiàn)對單幀圖像的定量評估。本文將圖像信噪比成功應(yīng)用于綜合孔徑試驗圖像的評估中，對幾種反演算法性能進行了比較，并反過來應(yīng)用于正則化參數(shù)的后驗判定，促進了正則化反演數(shù)值算法的研究。
　　 本文對綜合孔徑微波輻射成像系統(tǒng)及其關(guān)鍵理論和技術(shù)進行了較全面的描述，對其三個關(guān)鍵問題提出了自己的解決方法，并且對所有的理論和解決方法都給出了試驗驗證結(jié)果，這也是本文的特點之一。本文希望在綜合孔徑微波輻射成像系統(tǒng)的理論和實際應(yīng)用之間搭起一座