<i><b>G</b></i>矩陣修正法在一維綜合孔徑微波輻射計成像中的應用

張愛麗; 劉浩; 武林; 牛立杰; 張成; 陳雪; 吳季

doi:10.11999/JEIT181067

G矩陣修正法在一維綜合孔徑微波輻射計成像中的應用

doi: 10.11999/JEIT181067

張愛麗^{1, 2},
劉浩^1, ,,
武林¹,
牛立杰¹,
張成¹,
陳雪¹,
吳季^{1, 2}

1.
中國科學院國家空間科學中心北京 100190
2.
中國科學院大學北京 100049

基金項目: 國家自然科學基金(41675035)，北京市科技計劃課題(Z161100002616033)

詳細信息

作者簡介:
張愛麗：女，1991年生，博士生，研究方向為一維綜合孔徑微波輻射計高精度成像

劉浩：男，1978年生，研究員，研究方向為干涉式綜合孔徑輻射計的系統(tǒng)和信號處理

武林：男，1985年生，副研究員，研究方向是綜合孔徑輻射計理論與儀器研究

牛立杰：男，1974年生，博士生，研究方向為輻射計系統(tǒng)及定標技術

張成：男，1978年生，副研究員，研究方向為綜合孔徑輻射計系統(tǒng)和數據處理

陳雪：女，1982年生，助理研究員，研究方向為天線仿真設計

吳季：男，1958年生，研究員，研究方向為微波遙感及空間探測

通訊作者:
劉浩 liuhao@mirslab.cn

中圖分類號: TM931
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出版歷程
- 收稿日期: 2018-11-22
- 修回日期: 2019-03-11
- 網絡出版日期: 2019-04-12
- 刊出日期: 2019-11-01

The Application of the G-matrix Modification Methods to the Imaging of the 1-D Synthetic Aperture Microwave Radiometer

Aili ZHANG^{1, 2},
Hao LIU^{1
, ,},
Lin WU¹,
Lijie NIU¹,
Cheng ZHANG¹,
Xue CHEN¹,
Ji WU^{1, 2}

1.
National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: The National Natural Science Foundation of China (41675035), Beijing Science and Technology Plan (Z161100002616033)

摘要

摘要: 1維綜合孔徑微波輻射計通常會采用 G 矩陣模型法來實現亮溫圖像的重建。對于1維輻射計系統(tǒng)，成像過程主要包含：輻射計儀器觀測2維全視場的目標場景亮溫，得到1維的可見度函數采樣值，再通過對系統(tǒng)參數矩陣 G 求逆來實現目標場景的1維圖像重建。由于1維輻射計系統(tǒng)的采樣基線只分布在空間頻率域的1個維度上，所以在圖像重建過程中，需要實現矩陣 G 從2維到1維的轉換。對此，該文提出了兩種適用于1維綜合孔徑微波輻射計成像的 G 矩陣修正方法。并針對目前已經完成的8單元輻射計地面樣機系統(tǒng)和目前正在研制的10單元鹽度計樣機系統(tǒng)，通過理論分析和仿真實驗，驗證了 G 矩陣修正法對1維綜合孔徑微波輻射計成像結果的改善效果，以及對天線方向圖旁瓣惡化所引入成像誤差的有效抑制。
- 綜合孔徑輻射計 /
- 成像算法 /
- G矩陣 /
- 旁瓣惡化
Abstract: The G -matrix model method is usually used to achieve the brightness temperature reconstruction for the one-Dimensional (1-D) synthetic aperture microwave radiometer system. For the 1-D radiometer system, the imaging process mainly includes: the radiometer instrument observes the full field of view of the 2-D target scene maps, and obtains the 1-D samples of the visibility, and then inverts the system parameter matrix G to realize the reconstruction of the 1-D image of the target scene. Since the system sampling baselines are only distributed in the 1-D of the spatial frequency domain, in the process of the brightness temperature image reconstruction, the matrix G needs to realize 2-D to 1-D conversion. Therefore, two G -matrix modification methods are proposed to improve the imaging quality for the 1-D synthetic aperture microwave radiometer. For the 8-element ground radiometer prototype system and the 10-element salinity radiometer system, theoretical analysis and simulation experiments have verified that the G -matrix modification methods proposed in this paper can effectively improve the imaging results, and can effectively suppress the imaging error caused by the side-lobed degradation of the antenna patterns.
- Synthetic aperture radiometer /
- Imaging algorithm /
- G-matrix /
- Side-lobed degradation

HTML全文

圖 1 仿真輻射計在軌觀測的海洋目標場景的亮溫圖像

下載: 全尺寸圖片幻燈片

圖 2 樣機系統(tǒng)單元天線在真實孔徑方向上的方向圖

下載: 全尺寸圖片幻燈片

圖 3 天線方向圖采用取最大值方法實現2維向1維的轉換

下載: 全尺寸圖片幻燈片

圖 4 樣機輻射計采用G矩陣模型法的成像仿真結果

下載: 全尺寸圖片幻燈片

圖 5 樣機輻射計采用G矩陣修正算法一得到的成像仿真結果

下載: 全尺寸圖片幻燈片

圖 6 10單元鹽度計一個饋源天線在真實孔徑方向上的方向圖

下載: 全尺寸圖片幻燈片

圖 7 10單元鹽度計輻射計系統(tǒng)分別采用G矩陣修正算法1和G矩陣修正算法2得到的成像仿真結果

下載: 全尺寸圖片幻燈片

表 1 針對地面樣機系統(tǒng)和鹽度計輻射計系統(tǒng)，仿真G矩陣模型法、修正算法1和修正算法2的成像結果(K)

成像誤差統(tǒng)計參數單位	8單元輻射計地面樣機系統(tǒng)		10單元鹽度計系統(tǒng)
成像誤差統(tǒng)計參數單位	G矩陣模型法	修正算法1	修正算法1	修正算法2
RMSE	1.5553	0.1382	1.9834	0.1625
STD	1.5692	0.1387	0.3538	0.0696
MEAN	0.0058	0.0141	1.9521	0.1471

下載: 導出CSV

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施引文獻

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