综合孔径微波辐射计仿真中的场景亮温非均匀划分方法

摘要

综合孔径辐射计是由多个双天线相关干涉仪组成的干涉式阵列辐射计系统，由于大型干涉式天线阵列综合孔径辐射计物理系统构建复杂，成本高且在实际工作中难以反复修正和改进，因此综合孔径微波辐射计的系统仿真成为综合孔径微波辐射计研究分析的重要手段。 在综合孔径辐射计“功率级”仿真系统中，场景模块和信号接收模块组成了从场景亮温到可见度函数的BT2V（BrightnessTemperature to Visibility）正向模型，BT2V正向模型的仿真在评估综合孔径辐射计的性能或者从可见度函数中剔除非目标区域干扰等方面具有重要作用。常规的BT2V正向模型的仿真都是基于对目标场景的亮温分布进行均匀划分的，为满足综合孔径辐射计仿真精度要求，亮温数据采样点数需足够多，而对于大型天线阵列而言，仿真运算量与采样点数的平方、天线阵列阵元数目的平方成正比，导致对计算机硬件性能的要求也非常高。 本文提出了一种场景亮温分布非均匀划分方法，在非均匀划分方法中数据采样间隔是根据亮温数据的变化快慢而变化的。在场景亮温变化缓慢的海洋及陆地区域采取大采样间隔，而对亮温变化剧烈的区域减小采样间隔以充分利用亮温数据高频信息分量，从而在满足一定的BT2V正向模型仿真计算精度条件下可以极大地降低仿真计算的复杂度。通过仿真对比分析了在均匀划分方法和非均匀划分方法中，采样间隔大小、采样点数、接收天线类型、基线长度、目标场景类型等因素对综合孔径辐射计BT2V正向模型仿真计算精度以及计算复杂度的影响。仿真结果表明，在相同的可见度函数计算精度条件下，非均匀划分方法中的亮温数据采样点数仅为均匀划分方法中的至多三分之一，加快了可见度函数数值计算的收敛速度并节省了综合孔径辐射计仿真系统的计算资源；在相同的计算复杂度情况下，与均匀划分方法相比，非均匀划分方法中可见度函数的仿真计算误差可降低至少一到两个数量级，使得可见度函数仿真计算值更接近于理论分析值，从而确保了更高质量的反演亮温图像，尤其是在亮温呈现快速变化的沿海区域。

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