專利名稱：鏡像綜合孔徑輻射計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波遙感及探測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及鏡像綜合孔徑輻射計。
背景技術(shù)：
綜合孔徑輻射計利用多個離散的小天線合成等效的大天線孔徑，采用稀疏陣列排布，減少天線的質(zhì)量和體積，可提高被動微波遙感的空間分辨率。但是這種優(yōu)勢是以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理復(fù)雜度為代價的，特別是對于大型綜合孔徑系統(tǒng)如星載綜合孔徑輻射計，由于天線數(shù)目過多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理將非常復(fù)雜，此外龐大的數(shù)據(jù)量也是一個不可忽視的重要問題。這些因素都限制了系統(tǒng)性能的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供鏡像綜合孔徑輻射計，旨在解決現(xiàn)有的綜合孔徑輻射計中天線數(shù)目過多導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號處理復(fù)雜的問題。

本發(fā)明提供了鏡像綜合孔徑輻射計，包括:依次連接的鏡像陣列、接收通道陣列、AD陣列、實相關(guān)器和鏡像綜合孔徑處理器；所述鏡像陣列用于接收場景的微波輻射并輸出L路信號；所述接收通道陣列用于對L路信號分別進行放大和濾波后輸出；所述AD陣列用于將接收通道陣列的輸出變換為L路數(shù)字信號；所述實相關(guān)器用于將L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算并輸出L(L-l)/2路數(shù)字信號；所述鏡像綜合孔徑處理器用于將所述L(L-1)/2路數(shù)字信號進行變換并得到所述場景的亮溫圖像；L為大于等于2的整數(shù)。更進一步地，所述鏡像陣列包括天線陣和反射板，所述反射板用于將來自場景的微波輻射信號反射到天線陣；所述天線陣用于接收來自場景的信號以及由反射板反射的信號。更進一步地，所述鏡像陣列包括:一維天線陣和反射板；所述一維天線陣由L個天線沿一條直線排列組成，所述反射板垂直于該直線。更進一步地，所述鏡像陣列包括:二維天線陣和兩塊反射板，所述二維天線陣由L個天線排列在一個平面組成，L個天線在一個平面上排列為T形天線陣，兩塊反射板均垂直于所述二維天線陣所在的平面。更進一步地，所述鏡像陣列包括:二維天線陣和兩塊反射板，所述二維天線陣由L個天線排列在一個平面組成，L個天線在一個平面上排列為近似雙Γ型天線陣，兩塊反射板分別垂直于天線陣所在的平面，且兩塊反射板互相垂直。更進一步地，所述實相關(guān)器由L(L_l)/2個并列的乘法器和L(L_l)/2個并列的積分器組成，每兩路輸入數(shù)字信號經(jīng)過一個乘法器和一個積分器后得到一路數(shù)字信號輸出；共有L (L-1) /2個并列的輸出。更進一步地，所述鏡像綜合孔徑處理器包括依次連接的線性變換器，濾波器、存儲器和反余弦變換器；所述線性變換器用于對所述實相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進行線性變換；所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進行濾波；所述存儲器用于存儲所述濾波器輸出的信號；所述反余弦變換器用于將存儲于所述存儲器中的信號進行反余弦變換并獲得所述場景的亮溫圖像。更進一步地，所述鏡像綜合孔徑處理器包括依次連接的線性變換器、濾波器、存儲器和矩陣變換器；所述線性變換器用于對所述實相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進行線性變換；所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進行濾波；所述存儲器用于存儲所述濾波器輸出的信號；所述矩陣變換器用于將存儲于所述存儲器中的信號進行矩陣變換并獲得場景的亮溫圖像。本發(fā)明通過在天線陣旁設(shè)置反射板，形成鏡像陣列，其中的天線陣接收觀測場景的輻射信號以及反射板反射的輻射信號，通過鏡像綜合孔徑的變換方法使鏡像陣列等效為更大的天線陣，等效于有更多的天線。鏡像綜合孔徑輻射計中使用實相關(guān)器，其復(fù)雜度遠低于傳統(tǒng)綜合孔徑輻射計中的復(fù)相關(guān)器。相較于傳統(tǒng)的綜合孔徑輻射計，鏡像綜合孔徑輻射計能以較少的天線數(shù)獲取更高的空間分辨率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和信號處理的復(fù)雜度較低。


圖1為本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計中實相關(guān)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計中基于反余弦變換的鏡像綜合孔徑處理器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計中基于矩陣變換的鏡像綜合孔徑處理器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑處理器中的線性變換器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實施例1提供的一維鏡像陣列示意圖；圖7為實施例1提供的天線數(shù)為6且反射板固定的一維鏡像陣列示意圖；圖8為實施例1提供的天線數(shù)為12且反射板移動的一維鏡像陣列示意圖；圖9為實施例2提供的二維鏡像陣列的示意圖；圖10為實施例2提供的天線數(shù)為13且單反射板的二維鏡像陣列示意圖；圖11為實施例2提供的天線數(shù)為30且雙反射板的二維鏡像陣列示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明涉及微波遙感及探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于被動微波遙感的鏡像綜合孔徑輻射計，可作為地球遙感、月球遙感、深空探測等的遙感器。圖1示出了本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，詳述如下:鏡像綜合孔徑輻射計包括依次連接的鏡像陣列1、接收通道陣列2、AD陣列3、實相關(guān)器4和鏡像綜合孔徑處理器5 ;鏡像陣列I用于接收場景的微波輻射并輸出L路信號至接收通道陣列2 ;接收通道陣列2對L路信號分別進行放大和濾波后送到AD陣列3 ；AD陣列3將L路模擬信號分別變換為L路數(shù)字信號并送到實相關(guān)器4 ;實相關(guān)器4用于將接收到的L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算并輸出L(L-l)/2路數(shù)字信號；鏡像綜合孔徑處理器5用于將實相關(guān)器4的輸出進行變換得到場景的亮溫圖像。在本發(fā)明實施例中，鏡像陣列I由反射板和天線陣組成，反射板將來自場景的微波輻射信號反射到天線陣；天線陣由L個天線組成，L為大于或等于2的整數(shù)，天線陣接收直接來自場景的信號以及由反射板反射的信號。作為本發(fā)明的一個實施例，反射板相對于天線陣的位置可以是固定的，也可以是可移動的。本發(fā)明通過在天線陣旁設(shè)置反射板，形成鏡像陣列，通過鏡像綜合孔徑的變換方法使鏡像陣列等效為更大的天線陣，等效于增加天線數(shù)目，從而提高空間分辨率，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。在本發(fā)明實施例中，接收通道陣列2由L個并列的接收通道組成，每個通道的結(jié)構(gòu)相同，接收通道主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是由放大器、濾波器和變頻器組成，另一種是由放大器和濾波器組成；而么0陣列3由L個并列的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)組成；由于放大器、濾波器、變頻器和AD均屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再贅述。在本發(fā)明實施例中，實相關(guān)器4用于完成L路輸入數(shù)字信號之間的兩兩實相關(guān)運算；其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由L(L-1) /2個并列的乘法器41和積分器42組成，每兩路輸入數(shù)字信號經(jīng)過一個乘法器41和一個積分器42，得到實相關(guān)器4的一路數(shù)字信號輸出；共有L (L-1)/2個并列的輸出4送到鏡像綜合孔徑處理器5 ;該實相關(guān)器4的復(fù)雜度遠低于傳統(tǒng)綜合孔徑輻射計所用的復(fù)相關(guān)器。在本發(fā)明實施例中，鏡像綜合孔徑處理器5用于完成由實相關(guān)器輸出到亮溫圖像的變換，鏡像綜合孔徑處理器5可以采用兩種結(jié)構(gòu):一種基于反余弦變換的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括依次連接的線性變換器51，濾波器52、存儲器53和反余弦變換器54 ;線性變換器51用于將實相關(guān)器4輸出的L (L-1)/2路數(shù)字信號進行線性變換，輸出送入濾波器52，濾波器52用于對其輸入的信號 進行濾波,其輸出送入存儲器53,存儲器53用于存儲來自濾波器52的信號，反余弦變換器54用于將存儲于存儲器53中的信號進行反余弦變換并獲得場景的亮溫圖像。另一種基于矩陣變換的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，包括依次連接的線性變換器51、濾波器52、存儲器53和矩陣變換器55 ;線性變換器51用于將實相關(guān)器4輸出的L (L-1) /2路數(shù)字信號進行線性變換，輸出送入濾波器52，濾波器52用于對其輸入的信號進行濾波，其輸出送入存儲器53，存儲器53用于存儲來自濾波器52的信號，矩陣變換器55用于將存儲于存儲器53中的信號進行矩陣變換并獲得場景的亮溫圖像。其中的線性變換器51的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，由放大器511和加法器512組成，L(L-l)/2個放大器511與一個加法器512相連,L(L-1)/2路輸入分別經(jīng)過放大后相加形成
一路輸出。其中矩陣變換器55可以實現(xiàn)以下矩陣變換:f = & ，式中T V分別為矩陣變換器的輸出和輸入，G+=(GtG)-1Gt或者(GtG+λ I)-1Gt，上標T表示矩陣的轉(zhuǎn)置操作，矩陣G為鏡像綜合孔徑輻射計的空間沖激響應(yīng)矩陣，或稱G矩陣，λ為正實數(shù)，I為單位矩陣。在本發(fā)明實施例中，鏡像陣列I接收場景的微波輻射，輸出L路信號到接收通道陣列2 ;接收通道陣列2對L路信號分別進行放大、濾波，或者進行放大、濾波、變頻后，送到AD陣列3 ；AD陣列3將L路模擬信號分別變換為L路數(shù)字信號，送到實相關(guān)器4 ;實相關(guān)器4將輸入的L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算，鏡像綜合孔徑處理器5實現(xiàn)由實相關(guān)器輸出到亮溫圖像的變換。本發(fā)明通過在天線陣旁設(shè)置反射板，形成鏡像陣列，其中的天線陣接收觀測場景的輻射信號以及反射板反射的輻射信號，通過鏡像綜合孔徑的變換方法使鏡像陣列等效為更大的天線陣，等效于有更多的天線。鏡像綜合孔徑輻射計中使用實相關(guān)器，其復(fù)雜度遠低于傳統(tǒng)綜合孔徑輻射計中的復(fù)相關(guān)器。相較于傳統(tǒng)的綜合孔徑輻射計，鏡像綜合孔徑輻射計能以較少的天線數(shù)獲取更高的空間分辨率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和信號處理的復(fù)雜度較低。為了更進一步說明本發(fā)明實施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計，下面結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明實施例作進一步詳細的說明。實施例1: 一維鏡像綜合孔徑輻射計該實施例中，L個天線組成一維天線陣，該一維天線陣與反射板組成一維鏡像陣列，參照圖6，一維天線陣中天線沿一條直線排列，反射板垂直于該直線，反射板相對于天線陣的位置固定或可移動。反射板固定的一個例子是天線數(shù)為6的一維鏡像陣列，參見附圖7，其中天線陣中相鄰天線間距為{2，3，1，1，1}，單位為鏡像綜合孔徑輻射計的工作波長(簡稱波長)，反射板距最近的一個天線的距離為I個波長。反射板移動的一個例子是天線數(shù)為12的鏡像陣列，參見附圖8，其中天線陣中天線兩兩間距為U，I，I ，20, 5,4, 2,6,4, 3, 3},單位為波長，反射板移動10個位置，反射板在這10個位置時，距最近的一個天線的距離分別為d=20，20.5,21,21.5,22,40,40.5,41,41.5，42個波長。L個天線的輸出送到接收通道陣列2，接收通道陣列2對L路信號分別進行放大、濾波，或者進行放大、濾波、變頻后，送到AD陣列3 ；AD陣列3將L路模擬信號分別變換為L路數(shù)字信號，送到實相關(guān)器4 ;實相關(guān)器4將輸入的L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算，實相關(guān)器4的輸出送到鏡像綜合孔徑處理器5 ;對反射板固定的情形，鏡像綜合孔徑處理器5直接處理輸出場景的亮溫圖像；對反射板移動的情形，在反射板的每個位置，鏡像綜合孔徑處理器5中的存儲器都存儲其輸入數(shù)字信號，然后一起處理輸出場景的亮溫圖像。實施例2: 二維鏡像綜合孔徑輻射計該實施例中，L個天線組成二維天線陣，該二維天線陣與一塊或兩塊反射板組成二維鏡像陣列，反射板是固定或可移動的，參見附圖9，二維天線陣中天線排列在一個平面上。一塊反射板的例子是天線數(shù)為13的二維鏡像陣列，參見附圖10，其中13個天線在一個平面上排列為T形天線陣，每臂4個天線，相鄰天線之間的距離為I個波長，反射板垂直于天線陣所在的平面，反射板距最近天線的距離為2個波長。兩塊反射板的例子是天線數(shù)為30的二維鏡像陣列，參見附圖11，其中30個天線在一個平面上排列為近似雙Γ型天線陣，相鄰天線之間的距離為I個波長，兩塊反射板垂直于天線陣所在的平面，且兩塊反射板間互相垂直，反射板一距最近天線的距離為I個波長，反射板二距最近天線的距離為I個波長，兩塊反射板可連接在一起，形成一個整體結(jié)構(gòu)。L個天線的輸出送到接收通道陣列2，接收通道陣列2對L路信號分別進行放大、濾波，或者進行放大、濾波、變頻后，送到AD陣列3 ；AD陣列3將L路模擬信號分別變換為L路數(shù)字信號，送到實相關(guān)器4。實相關(guān)器4將輸入的L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算，其輸出送到鏡像綜合孔徑處理器5 ;鏡像綜合孔徑處理器5完成由實相關(guān)器輸出到亮溫圖像的變換，輸出場景的亮溫圖像。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的綜合孔徑輻射計，能以較少的天線數(shù)目獲取更高的空間分辨率，系統(tǒng)復(fù)雜度較低。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，包括:依次連接的鏡像陣列、接收通道陣列、AD陣列、實相關(guān)器和鏡像綜合孔徑處理器； 所述鏡像陣列用于接收場景的微波輻射并輸出L路信號； 所述接收通道陣列用于對L路信號分別進行放大和濾波后輸出； 所述AD陣列用于將接收通道陣列的輸出變換為L路數(shù)字信號； 所述實相關(guān)器用于將L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算并輸出L(L-l)/2路數(shù)字信號; 所述鏡像綜合孔徑處理器用于將所述L (L-1)/2路數(shù)字信號進行變換并得到所述場景的亮溫圖像；L為大于等于2的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述鏡像陣列包括天線陣和反射板，所述反射板用于將來自場景的微波輻射信號反射到天線陣；所述天線陣用于接收來自場景的信號以及由反射板反射的信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述鏡像陣列包括:一維天線陣和反射板；所述一維天線陣由L個天線沿一條直線排列組成，所述反射板垂直于該直線。
4.如權(quán) 利要求1或2所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述鏡像陣列包括:二維天線陣和兩塊反射板，所述二維天線陣由L個天線排列在一個平面組成，L個天線在一個平面上排列為T形天線陣，兩塊反射板均垂直于所述二維天線陣所在的平面。
5.如權(quán)利要求1或2所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述鏡像陣列包括:二維天線陣和兩塊反射板，所述二維天線陣由L個天線排列在一個平面組成，L個天線在一個平面上排列為近似雙Γ型天線陣，兩塊反射板分別垂直于天線陣所在的平面，且兩塊反射板互相垂直。
6.如權(quán)利要求1所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述實相關(guān)器由L(L-l)/2個并列的乘法器和L (L-1)/2個并列的積分器組成，每兩路輸入數(shù)字信號經(jīng)過一個乘法器和一個積分器后得到一路數(shù)字信號輸出；共有L (L-1)/2個并列的輸出。
7.如權(quán)利要求1所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述鏡像綜合孔徑處理器包括依次連接的線性變換器，濾波器、存儲器和反余弦變換器； 所述線性變換器用于對所述實相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進行線性變換； 所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進行濾波； 所述存儲器用于存儲所述濾波器輸出的信號； 所述反余弦變換器用于將存儲于所述存儲器中的信號進行反余弦變換并獲得所述場景的亮溫圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的鏡像綜合孔徑輻射計，其特征在于，所述鏡像綜合孔徑處理器包括依次連接的線性變換器、濾波器、存儲器和矩陣變換器； 所述線性變換器用于對所述實相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進行線性變換； 所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進行濾波； 所述存儲器用于存儲所述濾波器輸出的信號； 所述矩陣變換器用于將存儲于所述存儲器中的信號進行矩陣變換并獲得場景的亮溫圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了鏡像綜合孔徑輻射計，包括鏡像陣列、接收通道陣列、AD陣列、實相關(guān)器和鏡像綜合孔徑處理器；鏡像陣列用于接收場景的微波輻射并輸出L路信號；接收通道陣列用于對L路信號分別進行放大和濾波后輸出；AD陣列用于將接收通道陣列的輸出變換為L路數(shù)字信號；實相關(guān)器用于將L路數(shù)字信號兩兩進行實相關(guān)運算并輸出L(L-1)/2路數(shù)字信號；鏡像綜合孔徑處理器用于將L(L-1)/2路數(shù)字信號進行變換并得到場景的亮溫圖像。本發(fā)明通過在天線陣旁設(shè)置反射板，形成鏡像陣列，通過鏡像綜合孔徑的變換方法使鏡像陣列等效為更大的天線陣，能以較少的天線數(shù)獲取更高的空間分辨率；并通過使用實相關(guān)器使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和信號處理的復(fù)雜度較低。
文檔編號G01R29/08GK103217588SQ201310092100
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者李青俠 申請人:華中科技大學(xué)