專利名稱：鏡像綜合孔徑輻射計(jì)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(jì)。
背景技術(shù)：
綜合孔徑輻射計(jì)利用多個(gè)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(dòng)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(jià)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(jì)，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(gè)不可忽視的重要問題。這些因素都限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)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(jì)，旨在解決現(xiàn)有的綜合孔徑輻射計(jì)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(jì)，包括:依次連接的鏡像陣列、接收通道陣列、AD陣列、實(shí)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(jìn)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(shí)相關(guān)器用于將L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(gè)天線沿一條直線排列組成，所述反射板垂直于該直線。更進(jìn)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(gè)天線排列在一個(gè)平面組成，L個(gè)天線在一個(gè)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(jìn)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(gè)天線排列在一個(gè)平面組成，L個(gè)天線在一個(gè)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(jìn)一步地，所述實(shí)相關(guān)器由L(L_l)/2個(gè)并列的乘法器和L(L_l)/2個(gè)并列的積分器組成，每兩路輸入數(shù)字信號經(jīng)過一個(gè)乘法器和一個(gè)積分器后得到一路數(shù)字信號輸出；共有L (L-1) /2個(gè)并列的輸出。更進(jìn)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(shí)相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行線性變換；所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進(jìn)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(jìn)行反余弦變換并獲得所述場景的亮溫圖像。更進(jìn)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(shí)相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行線性變換；所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進(jìn)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(jìn)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(jì)中使用實(shí)相關(guān)器，其復(fù)雜度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)綜合孔徑輻射計(jì)中的復(fù)相關(guān)器。相較于傳統(tǒng)的綜合孔徑輻射計(jì)，鏡像綜合孔徑輻射計(jì)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(shí)施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)中實(shí)相關(guān)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)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(shí)施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)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(shí)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(shí)施例1提供的一維鏡像陣列示意圖；圖7為實(shí)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(shí)施例1提供的天線數(shù)為12且反射板移動(dòng)的一維鏡像陣列示意圖；圖9為實(shí)施例2提供的二維鏡像陣列的示意圖；圖10為實(shí)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(shí)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(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(dòng)微波遙感的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，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(shí)施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:鏡像綜合孔徑輻射計(jì)包括依次連接的鏡像陣列1、接收通道陣列2、AD陣列3、實(shí)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(jìn)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(shí)相關(guān)器4 ;實(shí)相關(guān)器4用于將接收到的L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)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(shí)相關(guān)器4的輸出進(jìn)行變換得到場景的亮溫圖像。在本發(fā)明實(shí)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(gè)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(gè)實(shí)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(dòng)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(shí)施例中，接收通道陣列2由L個(gè)并列的接收通道組成，每個(gè)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(gè)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(shí)施例中，實(shí)相關(guān)器4用于完成L路輸入數(shù)字信號之間的兩兩實(shí)相關(guān)運(yùn)算；其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由L(L-1) /2個(gè)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(gè)乘法器41和一個(gè)積分器42，得到實(shí)相關(guān)器4的一路數(shù)字信號輸出；共有L (L-1)/2個(gè)并列的輸出4送到鏡像綜合孔徑處理器5 ;該實(shí)相關(guān)器4的復(fù)雜度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)綜合孔徑輻射計(jì)所用的復(fù)相關(guān)器。在本發(fā)明實(shí)施例中，鏡像綜合孔徑處理器5用于完成由實(shí)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(shí)相關(guān)器4輸出的L (L-1)/2路數(shù)字信號進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)相關(guān)器4輸出的L (L-1) /2路數(shù)字信號進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(gè)放大器511與一個(gè)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(shí)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(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置操作，矩陣G為鏡像綜合孔徑輻射計(jì)的空間沖激響應(yīng)矩陣，或稱G矩陣，λ為正實(shí)數(shù)，I為單位矩陣。在本發(fā)明實(shí)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(jìn)行放大、濾波，或者進(jìn)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(shí)相關(guān)器4 ;實(shí)相關(guān)器4將輸入的L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)算，鏡像綜合孔徑處理器5實(shí)現(xiàn)由實(shí)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(jì)中使用實(shí)相關(guān)器，其復(fù)雜度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)綜合孔徑輻射計(jì)中的復(fù)相關(guān)器。相較于傳統(tǒng)的綜合孔徑輻射計(jì)，鏡像綜合孔徑輻射計(jì)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(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例提供的鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1: 一維鏡像綜合孔徑輻射計(jì)該實(shí)施例中，L個(gè)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(dòng)。反射板固定的一個(gè)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(jì)的工作波長(簡稱波長)，反射板距最近的一個(gè)天線的距離為I個(gè)波長。反射板移動(dòng)的一個(gè)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(dòng)10個(gè)位置，反射板在這10個(gè)位置時(shí)，距最近的一個(gè)天線的距離分別為d=20，20.5,21,21.5,22,40,40.5,41,41.5，42個(gè)波長。L個(gè)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(jìn)行放大、濾波，或者進(jìn)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(shí)相關(guān)器4 ;實(shí)相關(guān)器4將輸入的L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)算，實(shí)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(dòng)的情形，在反射板的每個(gè)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(shí)施例2: 二維鏡像綜合孔徑輻射計(jì)該實(shí)施例中，L個(gè)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(dòng)的，參見附圖9，二維天線陣中天線排列在一個(gè)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(gè)天線在一個(gè)平面上排列為T形天線陣，每臂4個(gè)天線，相鄰天線之間的距離為I個(gè)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(gè)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(gè)天線在一個(gè)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(gè)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(gè)波長，反射板二距最近天線的距離為I個(gè)波長，兩塊反射板可連接在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。L個(gè)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(jìn)行放大、濾波，或者進(jìn)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(shí)相關(guān)器4。實(shí)相關(guān)器4將輸入的L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)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(shí)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(jì)，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(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.鏡像綜合孔徑輻射計(jì)，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(shí)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(jìn)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(shí)相關(guān)器用于將L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)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(jìn)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(jì)，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(jì)，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(gè)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(jì)，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(gè)天線排列在一個(gè)平面組成，L個(gè)天線在一個(gè)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(jì)，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(gè)天線排列在一個(gè)平面組成，L個(gè)天線在一個(gè)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(jì)，其特征在于，所述實(shí)相關(guān)器由L(L-l)/2個(gè)并列的乘法器和L (L-1)/2個(gè)并列的積分器組成，每兩路輸入數(shù)字信號經(jīng)過一個(gè)乘法器和一個(gè)積分器后得到一路數(shù)字信號輸出；共有L (L-1)/2個(gè)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(jì)，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(shí)相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行線性變換； 所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進(jìn)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(jìn)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(jì)，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(shí)相關(guān)器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行線性變換； 所述濾波器用于對所述線性變換器的輸出進(jìn)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(jìn)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(jì)，包括鏡像陣列、接收通道陣列、AD陣列、實(shí)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(jìn)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(shí)相關(guān)器用于將L路數(shù)字信號兩兩進(jìn)行實(shí)相關(guān)運(yùn)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(jìn)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(shí)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)