[发明专利]基于波数域分解的综合孔径辐射计近场成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于波数域分解的综合孔径辐射计近场成像方法及系统，与传统分析方法相比，本发明提出了近场成像由于来波方向的不一致性，得到的波数域图像是散焦图像，同时波数域信息中存在距离向的耦合。因此，本发明通过满阵或者采用线阵移动的方式获取等效满阵，并采用单对多复相关方式获取近场可见度函数；并将可见度函数进行傅里叶变换或傅里叶反变换得到波数域信息，并对波数域信息进行相位补偿，去除距离向耦合；对去除距离向耦合的波数域数据进行傅里叶反变换或傅里叶变换，再通过对最终的结果取幅度，得到最终的近场反演图像。如此，本发明最终得到的图像是位于笛卡尔坐标系xoy平面中，不存在校正误差，成像质量和精度高。

技术领域

本发明属于毫米波辐射探测领域，更具体地，涉及一种基于波数域分解的综合孔径辐射计近场成像方法及系统。

背景技术

根据普朗克黑体辐射定律，当温度高于绝对零度时，一切物质物体均以电磁波的形式向外辐射能量，毫米波辐射计就是测量物质在毫米波波段的电磁辐射能量的高灵敏度接收机。通过接收毫米波信号，实现对各观测对象的物理参数或信息的获取，这种技术通常被称为无源毫米波辐射探测技术。由于无源毫米波辐射穿透性强、自身隐蔽，具有全天时、准全天候工作的优点，因此被广泛应用于诸如射电天文、海洋监测、大气遥感、农业监测、人体安检、土壤和植被遥感等领域。

成像的核心问题是如何实现聚焦。目前，被动毫米波辐射探测成像主要有三种体制：实孔径机械扫描成像、焦平面凝视成像与综合孔径成像。综合孔径辐射计系统通过阵列天线两两相关获取可见度函数，实现对场景亮温的频率域采样，从而实现高分辨率、实时成像。在远场条件下，根据范西特-泽尼克定理，可见度函数与场景亮温之间存在傅里叶变换关系。通过对可见度函数进行傅里叶变换，便可实现聚焦成像。根据这一关系，综合孔径已广泛的应用于射电天文以及遥感探测成像。特别是2019年黑洞照片的公布，揭示了综合孔径这一成像体制无与伦比的优势。但是在近场条件下，范西特-泽尼克定理已经不再适用，由于成像距离、阵列口径以及视场范围的影响，可见度函数中存在距离向与方位向的耦合，使得系统无法对近场场景实现聚焦，从而造成反演图像的失真、散焦。

为了实现综合孔径系统对近场场景的聚焦成像，国内外提出了球面阵、均匀满阵、均匀线阵、点源校正等成像方法，通过阵列校正或者直接对可见度进行近场校正的方法，实现综合孔径系统的近场成像。这些方法都是将可见度函数进行近似处理，将近场可见度函数校正为远场近似可见度函数，将近场成像近似校正为远场成像，其成像过程不可避免的会带来误差，不能实现高精度无误差成像。从其成像思想来看，现有的被动毫米波阵列近场成像方法都是从远场成像的思想入手，并未对近场所面临的问题、近场可见度函数成像的影响和作用机理进行深入分析。如何实现综合孔径被动毫米波辐射计近场高分辨率、高质量成像，是本领域亟待解决的科学问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于波数域分解的综合孔径辐射计近场成像方法及系统，用以解决现有的被动毫米波阵列近场成像分辨率低、成像质量低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于波数域分解的综合孔径辐射计近场成像方法，包括以下步骤：

S1：通过满阵或者采用线阵移动的方式获取等效满阵，并采用单对多复相关方式获取近场可见度函数V(x_m,y_m)，其中，(x_m,y_m)为天线坐标；

S2：对可见度函数V(x_m,y_m)进行傅里叶变换，实现波数域分解，从而获取可见度函数中的波数域信息T′(k_x,k_y)；

S3：对波数域信息T′(k_x,k_y)进行距离向相位补偿，得到无距离耦合的波数域信息

S4：对波数域信息进行傅里叶反变换，取其幅度，从而得到最终的反演图像。