[发明专利]一种基于旋转分时采样的综合孔径辐射计相位自定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋转分时采样综合孔径辐射计领域，尤其涉及一种基于旋转分时采样的综合孔径辐射计的相位自定标方法。

背景技术

被动微波遥感综合孔径成像技术，最早应用于射电天文领域，后来在卫星遥感对地观测领域取得成功应用。该技术使用干涉仪进行干涉测量成像，可缩短天线实际物理尺寸，利用小尺寸天线接收到的信号进行孔径合成，从而获得足够的空间分辨率。在保证成像时间及图像指标的前提下，为尽可能降低系统的复杂度，可利用天线单元数目较少的稀疏阵列通过旋转完成分时采样，对非稀疏阵列进行等效，在牺牲时间分辨率的前提下降低了系统的成本，从而用相对简单的系统获得了较高空间分辨率的图像。

被动遥感仪器都需要定标来精确地修正仪器结构自身的误差，确定仪器输出与目标真实输入之间的关系，实现仪器输出数据定量化，满足应用需求。基于综合孔径原理的成像辐射计在设计实现上的一大难点就是对原始信号的定标校正。综合孔径辐射计采用干涉测量成像，而干涉对信号的相位非常敏感，因此综合孔径辐射计在幅度定标的同时还需要考虑相位的定标。

现有的综合孔径辐射计，通常采用公共噪声注入的方式进行相位定标(Corbella I,Torres F,Camps A,et al.MIRAS end-to-end calibration:application to SMOS L1processor:IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2005,Volume 43,Section 5,pp.1126-1134.)。其基本原理为，将一公共噪声源的信号经过多路功分后注入到不同的接收机中，根据相关器的结果计算出通道两两间的相位差。该方法原理简单，且在理论上对所有的综合孔径辐射计均适用。但该方法在实现中会遇到各种问题，由于对信号源的功分具有不一致性，因此需要引入高低两个公共噪声源，如果一个公共噪声源功分网络难以有效覆盖全部接收机，则需要引入多个公共噪声源网络进行有重叠的覆盖，从而实现所有接收机的两两相位校正。该方法在实际应用中对器件的稳定性要求高，并且在硬件上会引入复杂的定标专用结构。当综合孔径辐射计的工作频率较高时，比如毫米波或亚毫米波综合孔径辐射计，由于受器件加工工艺的限制，该方法很难实现。

另外，综合孔径辐射计的相位定标还可采用自定标的方法(Torres F,Tanner A B,Brown S T,et al.Analysis of Array Distortion in a Microwave Interferometric Radiometer:Application to the GeoSTAR Project：IEEE Transactions on Geoscience&Remote Sensing,2007,Volume 45，Section 7，pp.1958-1966.)。将综合孔径辐射计进行旋转测量和冗余基线测量，利用旋转冗余信息和基线冗余信息可构成冗余方程组，然后解得各通道的相位。该方法的优点在于不需要辐射计自身测量结构以外的相位定标硬件机构。但是，以往的这种相位自定标方法的缺点在于，冗余方程的信噪比很差，需依靠外部点源目标或类似点源目标来保证冗余方程的信噪比；以往的综合孔径辐射计往往采用静止成像模式，即在成像过程中，阵列静止不动，因此需要分配单独的相位定标时间，通过阵列的旋转完成相位定标；以往的相位定标方法对于方程解产生的相位模糊问题无法通过自身数据进行消除，需依靠对各通道相位信息的提前预估完成相位去模糊(Jin R,Li Q,Chen K,et al.An On-Board External Calibration Method for Aperture Synthesis Radiometer by Rotation:Geoscience&Remote Sensing Letters IEEE,2012,Volume 9,Section 5,pp.901-905.)。

发明内容

本发明的目的在于，为突破现有的综合孔径辐射计相位定标技术的困境，克服现有相位自定标对目标源的依赖，本发明提供了一种基于旋转分时采样的综合孔径辐射计的相位自定标方法，该相位自定标方法针对旋转分时采样体制的综合孔径辐射计，利用时间加权平均和基线幅度加权的方式提高了冗余方程组的信噪比，与去模糊预置信息相结合，提出了一套完备的相位自定标方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于旋转分时采样的综合孔径辐射计的相位自定标方法，该方法包含如下步骤：