稀疏基线综合孔径天文图像重建与信息提取方法研究
发布时间：2022-01-13 11:23
综合孔径辐射计是一类典型的空间频域信号采样成像系统,通过天线阵列接收到的微波信号两两复相关得到可见度函数,经逆傅立叶变换获得亮温图像。干涉式综合孔径成像被广泛应用于天文观测和对地遥感领域。随着干涉技术的发展,地基干涉阵列向着天基干涉阵列发展。在天文干涉领域,天基干涉阵列可有效的避免地球电离层影响,对甚低频观测尤其有利;在对地观测领域,由于天基阵列长基线优势,应用领域也从大尺寸的气象海洋等观测,向着高精度的目标定位和跟踪等方向发展。由于卫星数量的限制,以及系统复杂性、成本等约束,往往采用稀疏阵列。天文观测领域,对全天空和缓变的强源目标成像,可采用稀疏阵列和分时采样获取空间频率域足够的可见度函数采样值后再进行亮温反演,重建观测区域的亮温图像,但对于时变目标该方法不能适用。对地观测领域,由于地面环境复杂,要实现目标的检测几乎不能采用分时采样的方式。稀疏基线情况下,综合孔径图像重建和信息提取面临两个问题。一方面,由于空间频率域采样不足,传统的傅立叶变换和G矩阵等方法难以反演出原始图像信息。另一方面,在分时采样模式下,时变源在成像周期内的亮温变化对成像结果的影响将不能被忽略,传统方法难以检测出时...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
二元干涉仪原理图
第2章理论基础图2.2天线观测示意图Figure2.2Schemeofmeasurementofanantenna则方向余弦平面上极坐标下半径坐标微分dζζ2=ξ2+η2=sin2θ(2.5)dζ=cosθdθ(2.6)设α为两个方向(ξ,η)和(ξ,η)的夹角，则当α1时(α)2=sin2θd2φ+d2θ(2.7)=sin2θd2φ+sec2θcos2θd2θ(2.8)=sin2θd2φ+sec2θ(ζ)2(2.9)则α与dζ有如下关系1.当dφ=0时，α=secθdζ2.当θ=0时，α=dζ由于阵列因子在方向余弦空间中具有空间不变性和圆形对称性，因此当视场远离θ=0方向时，secθ远大于1，α的宽度在半径方向逐渐增大。21
第2章理论基础2.1.4稀疏基线综合孔径辐射计通过减少天阵列中的阵元数量，减小天线阵体积、重量和接收通道数，达到节约硬件成本和降低系统复杂度的目的[19]。天线阵列的优化设计虽然可减少阵元数量，但为了得到完整的uv覆盖，仍需相当数量的阵元。当阵元数量进一步减少时，得到的uv覆盖不完全。把uv覆盖不完全的基线称为稀疏基线。稀疏基线下，由于uv覆盖不完全带来的信息缺失，导致反演图像中出现失真和混叠。根据前面的分析，角分辨率和采样覆盖有关。把阵列最长基线对应的分辨率当作阵列的理想分辨率，最小基线间隔得到无混叠视场大小为阵列的理想视场，则可以得到阵列的理想分辨单元数量。对于网格分布的可见度函数采样，非重复采样点数量比上理想分辨单元数小于1时，称之这样的基线为稀疏基线。将非重复采样点数与理想分辨单元数之比称为看作基线的稀疏度。例如，对地遥感中GIMS使用的旋转圆环阵列在一个快照下的稀疏度量约为20%[121]。如图2.3所示意，DSL由绕月飞行的1颗母星和8颗子卫星组成阵列，其轨道运动一天形成的基线仍较稀疏，如图2.3。DSL在轨道运动过程中会伴随呼吸，阵列形成的基线覆盖发生变化。图2.3DSL卫星示意图Figure2.3SchemepictureofsatellitesofDSL25
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向星载海洋盐度探测应用的L波段综合孔径辐射计原理样机研制与试验研究[J]. 牛立杰,刘浩,武林,张成,赵鑫,吴季,殷晓斌. 电子与信息学报. 2017(08)
[2]不完全角度CT图像重建的模型与算法[J]. 蔺鲁萍,王永革. 北京航空航天大学学报. 2017(04)
[3]基于混合稀疏基字典学习的微波辐射图像重构方法[J]. 朱路,宋超,刘媛媛,黄志群,王杨. 电子与信息学报. 2016(11)
[4]改进的G矩阵模型法在全极化综合孔径辐射计中的应用[J]. 杨晓城,阎敬业,吴季. 北京理工大学学报. 2015(07)
[5]稀疏微波成像研究进展(科普类)[J]. 吴一戎,洪文,张冰尘,蒋成龙,张柘,赵曜. 雷达学报. 2014(04)
[6]综合孔径辐射计空中隐身目标探测性能分析[J]. 倪炜,胡飞,陈柯. 微波学报. 2012(02)
[7]基于自适应背景预测的无源毫米波弱小目标检测[J]. 倪炜,张晓丽,胡飞. 微波学报. 2011(03)
[8]干涉式被动微波成像技术[J]. 吴季,刘浩,阎敬业,孙伟英,张成,潘碑. 遥感技术与应用. 2009(01)
[9]8mm波段二维综合孔径微波辐射计（BHU-2D）[J]. 薛永,苗俊刚,万国龙. 北京航空航天大学学报. 2008(09)
[10]综合孔径微波辐射计的技术发展及其应用展望[J]. 吴季,刘浩,孙伟英,姜景山. 遥感技术与应用. 2005(01)
本文编号：3586328
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
二元干涉仪原理图
第2章理论基础图2.2天线观测示意图Figure2.2Schemeofmeasurementofanantenna则方向余弦平面上极坐标下半径坐标微分dζζ2=ξ2+η2=sin2θ(2.5)dζ=cosθdθ(2.6)设α为两个方向(ξ,η)和(ξ,η)的夹角，则当α1时(α)2=sin2θd2φ+d2θ(2.7)=sin2θd2φ+sec2θcos2θd2θ(2.8)=sin2θd2φ+sec2θ(ζ)2(2.9)则α与dζ有如下关系1.当dφ=0时，α=secθdζ2.当θ=0时，α=dζ由于阵列因子在方向余弦空间中具有空间不变性和圆形对称性，因此当视场远离θ=0方向时，secθ远大于1，α的宽度在半径方向逐渐增大。21
第2章理论基础2.1.4稀疏基线综合孔径辐射计通过减少天阵列中的阵元数量，减小天线阵体积、重量和接收通道数，达到节约硬件成本和降低系统复杂度的目的[19]。天线阵列的优化设计虽然可减少阵元数量，但为了得到完整的uv覆盖，仍需相当数量的阵元。当阵元数量进一步减少时，得到的uv覆盖不完全。把uv覆盖不完全的基线称为稀疏基线。稀疏基线下，由于uv覆盖不完全带来的信息缺失，导致反演图像中出现失真和混叠。根据前面的分析，角分辨率和采样覆盖有关。把阵列最长基线对应的分辨率当作阵列的理想分辨率，最小基线间隔得到无混叠视场大小为阵列的理想视场，则可以得到阵列的理想分辨单元数量。对于网格分布的可见度函数采样，非重复采样点数量比上理想分辨单元数小于1时，称之这样的基线为稀疏基线。将非重复采样点数与理想分辨单元数之比称为看作基线的稀疏度。例如，对地遥感中GIMS使用的旋转圆环阵列在一个快照下的稀疏度量约为20%[121]。如图2.3所示意，DSL由绕月飞行的1颗母星和8颗子卫星组成阵列，其轨道运动一天形成的基线仍较稀疏，如图2.3。DSL在轨道运动过程中会伴随呼吸，阵列形成的基线覆盖发生变化。图2.3DSL卫星示意图Figure2.3SchemepictureofsatellitesofDSL25
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向星载海洋盐度探测应用的L波段综合孔径辐射计原理样机研制与试验研究[J]. 牛立杰,刘浩,武林,张成,赵鑫,吴季,殷晓斌. 电子与信息学报. 2017(08)
[2]不完全角度CT图像重建的模型与算法[J]. 蔺鲁萍,王永革. 北京航空航天大学学报. 2017(04)
[3]基于混合稀疏基字典学习的微波辐射图像重构方法[J]. 朱路,宋超,刘媛媛,黄志群,王杨. 电子与信息学报. 2016(11)
[4]改进的G矩阵模型法在全极化综合孔径辐射计中的应用[J]. 杨晓城,阎敬业,吴季. 北京理工大学学报. 2015(07)
[5]稀疏微波成像研究进展(科普类)[J]. 吴一戎,洪文,张冰尘,蒋成龙,张柘,赵曜. 雷达学报. 2014(04)
[6]综合孔径辐射计空中隐身目标探测性能分析[J]. 倪炜,胡飞,陈柯. 微波学报. 2012(02)
[7]基于自适应背景预测的无源毫米波弱小目标检测[J]. 倪炜,张晓丽,胡飞. 微波学报. 2011(03)
[8]干涉式被动微波成像技术[J]. 吴季,刘浩,阎敬业,孙伟英,张成,潘碑. 遥感技术与应用. 2009(01)
[9]8mm波段二维综合孔径微波辐射计（BHU-2D）[J]. 薛永,苗俊刚,万国龙. 北京航空航天大学学报. 2008(09)
[10]综合孔径微波辐射计的技术发展及其应用展望[J]. 吴季,刘浩,孙伟英,姜景山. 遥感技术与应用. 2005(01)
本文编号：3586328
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