[发明专利]综合孔径投影辐射的系统成像方法及综合孔径投影辐射计

说明书

本发明公开了综合孔径投影辐射的系统成像方法及综合孔径投影辐射计，本发明方法以一维线性稀疏阵列作为辐射计的探测扫描阵，将其固定于圆周扫描平台上按固定步进角度对目标场景进行旋转扫描，实现对二维场景的1D投影图像的旋转探测；然后，根据阵列探测角对测得的1D投影图像进行排列，形成角度‑方位图；最后借助余弦匹配算法从角度‑方位图中提出目标场景的亮温图像。本综合孔径投影辐射计能实现本发明方法。本发明以极少的天线阵元数实现了较高精度的二维综合孔径成像，有效降低了综合孔径辐射计系统的成本及结构复杂度，大大拓宽了综合孔径辐射计的实际应用场景。

技术领域

本发明涉及综合孔径投影辐射的系统成像方法及综合孔径投影辐射计，属于毫米波近场成像技术领域。

背景技术

毫米波综合孔径成像辐射计(Synthetic Aperture Imaging Radiometer,SAIR)是一种能够在不同领域实现高分辨率观测的探测器。通过孔径合成技术，SAIR可以利用小口径天线组成大口径合成天线，实现高分辨率观测。通过阵元间的复相关运算测得场景的可见度函数(互相关函数)，并反演出目标场景的高温分布图像。与传统实孔径成像技术相比，综合孔径成像技术具有更高的空间分辨率和较好的实时性，可在沙尘、烟雾、夜晚等恶劣条件下对隐匿的金属目标实现高分辨率实时成像，在军事、导航、医疗和交通安检等领域具有良好的应用前景。然而，具有大合成孔径的毫米波合成孔径成像辐射计通常需要许多阵元天线和接收器，系统的硬件成本的结构复杂度较高，这严重影响了综合孔径成像系统的实际应用，并限制了空间分辨率的进一步提高。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种综合孔径投影辐射的系统成像方法及综合孔径投影辐射计，实现了降低毫米波成像辐射计系统的成本及复杂度，使用更少的天线阵元实现更高的空间分辨率，其具体技术方案如下：

综合孔径投影辐射的系统成像方法，包括以下操作步骤：

步骤1：构建一维线性稀疏阵列排列方式的扫描天线阵，将其固定于圆周扫描平台上，使其可按固定步进角度对目标场景进行旋转扫描；

步骤2：利用一维综合孔径成像方法—傅里叶变换法，从步骤1的稀疏阵列观测数据中反演出二维场景的1D投影曲线；

步骤3：将步骤2中二维场景的1D投影曲线按其测量角度排列，绘制综合孔径投影辐射计的角度-方位图；

步骤4：利用余弦匹配算法对步骤3中的综合孔径投影辐射计的角度-方位图中进行数据提取，获取目标场景的亮温图。

所述步骤1采用16阵元线性稀疏阵列方式，组成扫描天线阵。

所述步骤2中所述的二维场景的1D投影图像的获取过程为：

根据综合孔径探测原理，对于特定旋转角的线性阵列，其阵元(c,l)互相关测得可见度函数为：

式中，·为时间积分操作，T为目标场景的亮温图，F()为阵元天线方向图，指数项即为综合孔径成像的关键——波程差ΔR；将其中经泰勒展开并化简可得：

在阵列投影坐标X_rOY_r下引入空域坐标u＝k(X_l-X_c)/R，v＝k(Y_l-Y_c)/R＝0后，可得：