基于延时相关的综合孔径辐射计研究

The system of synthetic aperture imaging radiometer (SAIR) is complex, which is hard to achieve in the static orbit; thus, it is necessary to reduce the complexity. SAIR based on time-delay correlation makes use of incoherence of the radiating signal. The principle of the SAIR with time-delay is as follows: First, the analog signals received by different channel are added by time-delay, these signals will then use a common channel. Then, by inputting complex digital signal into the complex auto-correlator, we can obtain the visibility function. Finally, the inverse method can be used to reconstruct the brightness temperature image. Synthetic Aperture Microwave Radiometer based on time-delay correlation can achieve one-dimension imaging by only one channel. The number of channel, ADC and correlator of SAIR will be highly reduced compared with traditional Synthetic Aperture Microwave Radiometer, and complexity of imaging system reduced effectively. In addition, common using of channel avoids the altitude and phase error because of incoherence of different channels, which is general exist in traditional Synthetic Aperture Microwave Radiometer. This can also reduce and calibrate system complexity. This is original in the world.

在静止轨道综合孔径微波辐射计系统复杂度高，难以实现，急需降低复杂度。延时相关的综合孔径微波辐射计充分利用辐射信号“似噪”的特点，将不同天线接收的模拟信号错位延时相加后共用一个接收通道，对通道输出的复数字信号进行复自相关得到可见度函数，反演得到亮温图像。延时相关的综合孔径微波辐射计只用一个通道即可实现一维成像。和传统综合孔径辐射计相比，其通道、ADC和相关器的数量将大幅降低，能有效降低成像系统复杂度。并且由于通道共用避免了传统综合孔径辐射计中多通道不一致性带来的幅度和相位误差，能有效降低校正系统复杂度。这是国际原创。

综合孔径辐射计因其体积小、分辨率高等优点广泛应用于现代地球科学领域。但因其复杂的设备成像结构和处理难度，在一些需要大量天线阵元的应用场景下，综合孔径辐射计的进一步发展也受到了限制。 . 本项目便是针对传统综合孔径辐射计繁杂相关运算的缺点，提出了基于延时相关的综合孔径辐射测量方法。与传统综合孔径辐射测量方法相比，本项目充分利用了物体辐射信号的非相关特性，创新性地提出了一种获取可见度的方法——通过将延时不同时间间隔之后的通道数据，相加得到加和信号，对加和信号进行延时、相关运算直接得到相应基线的可见度值。. 本项目对延时相关的综合孔径进行原理实验验证，验证延时相关的综合孔径微波辐射测量的原理、方法、性能，以及误差、噪声对延时相关的综合孔径微波辐射测量性能的影响等。研究了基于延时相关的合孔微波辐射测量的理论与方法，完成了模拟和数字延时相关的综合孔径理论分析；实现了一维和二维数字延时相关的综合孔径图像重建算法，并利用综合孔径微波辐射计的通道数据完成了重建算法的仿真实验，重构出亮温图像，验证了数字延时相关的综合孔径的可行性. 并在上述基础上，根据延时相关的阵列的排列，结合校正方法，研究延时相关的综合孔径微波辐射测量的亮温图像重建方法。受系统误差及噪声的影响，原理性的延时相关的综合孔径亮温图像重建方法获得的场景微波亮温图像质量较差。为获得高质量的微波亮温图像，需要研究相应的亮温图像重建方法。本项目建立了含有系统误差的延时相关的阵列冲激响应模型，研究基于此模型的亮温图像重建方法；为减小通道复用对系统性能的影响，研究了校正定标方法。. 研究成果表明由于无需重复计算相同基线的可见度，基于延时相关的综合孔径测量方法可以减少相关运算，从而降低成像系统的复杂度。