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(jì)采用稀疏的小口徑天線陣列合成一個(gè)大的物理觀測(cè)口徑，降低了天線的體積與重量，且無(wú)需掃描即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的瞬時(shí)成像，能夠更好的滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。
　　 然而越強(qiáng)的能力帶來(lái)的限制也就越多。要實(shí)現(xiàn)良好的成像性能，綜合孔徑微波輻射計(jì)在實(shí)際工作中需要解決以下三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(shí)現(xiàn)解決綜合孔徑亮溫圖像重建問(wèn)題的高性能反

2、演數(shù)值算法？③如何定量評(píng)估圖像反演算法性能乃至系統(tǒng)整體成像性能？這三個(gè)問(wèn)題的解決是層次遞進(jìn)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(duì)系統(tǒng)整體成像性能的判斷，就需要依靠對(duì)亮溫圖像質(zhì)量的定量評(píng)估來(lái)解決；而要從測(cè)量數(shù)據(jù)中重建高質(zhì)量的亮溫圖像，就需要實(shí)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這就必須以深入了解系統(tǒng)誤差特性、實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)誤差的校正為前提。本文針對(duì)綜合孔徑微波輻射成像系統(tǒng)以上三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)

3、題的解決方法和關(guān)鍵理論開(kāi)展研究，主要內(nèi)容如下：
　　 首先本文以可見(jiàn)度函數(shù)為對(duì)象，根據(jù)系統(tǒng)誤差作用于可見(jiàn)度函數(shù)的性質(zhì)不同，將其分為系統(tǒng)加性誤差、方位無(wú)關(guān)乘性誤差和方位有關(guān)乘性誤差三類(lèi)，對(duì)前兩者分別提出了利用外部參考場(chǎng)景和外部單輔助源的系統(tǒng)整體校正方法，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。這種誤差分析和校正思路的最大特點(diǎn)就是從系統(tǒng)整體出發(fā)，化繁為簡(jiǎn)，在不增加硬件復(fù)雜度的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)病態(tài)的反問(wèn)題，對(duì)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(jì)的低信噪比條件下，最常用的廣義解會(huì)被噪聲嚴(yán)重污染從而偏離所求解問(wèn)題的真值。為解決這一問(wèn)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(wèn)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(wèn)題的求解中，實(shí)現(xiàn)正則化的圖像反演數(shù)值算法，再利用外部點(diǎn)

5、源測(cè)量實(shí)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(shí)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(jì)測(cè)量精度的主要指標(biāo)，但并不適合對(duì)單幀亮溫圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。本文提出用圖像信噪比作為圖像評(píng)估指標(biāo)，設(shè)定在均勻背景下存在單個(gè)目標(biāo)的參考場(chǎng)景，圖像信號(hào)強(qiáng)度定義為目標(biāo)與背景的亮溫差，圖像噪聲強(qiáng)度定義為均勻背景的波動(dòng)，用背景的空間標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)計(jì)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(jì)特性，因

6、而能更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)單幀圖像的定量評(píng)估。本文將圖像信噪比成功應(yīng)用于綜合孔徑試驗(yàn)圖像的評(píng)估中，對(duì)幾種反演算法性能進(jìn)行了比較，并反過(guò)來(lái)應(yīng)用于正則化參數(shù)的后驗(yàn)判定，促進(jìn)了正則化反演數(shù)值算法的研究。
　　 本文對(duì)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(jìn)行了較全面的描述，對(duì)其三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題提出了自己的解決方法，并且對(duì)所有的理論和解決方法都給出了試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，這也是本文的特點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用之間搭起一座