综合孔径微波辐射计基线非规则排布与反演算法研究

摘要

综合孔径微波辐射计是一种干涉式阵列成像系统，它通过采用多个稀疏的小口径天线阵列来合成一个大的物理观测口径，降低了天线的体积与重量，克服硬件实现上的困难，已在卫星对地遥感领域使用。在综合孔径系统中，天线阵列的排布决定其基线的排布，传统的阵列类型（T型、U型、Y型阵）的基线排布都是规则的，但在一些情况下，综合孔径微波辐射计的可见度采样数据分布不均匀，如圆环阵就属于典型的基线非规则排布情况，其可见度采样点分布不均，本文将以圆环阵为主要研究阵型来研究基线非规则排布情况下的阵列优化和反演方法问题。研究内容包括：
　　首先，分析比较了三种天线阵列(U型阵，Y型阵和圆环阵)的综合孔径微波辐射计对相同目标的探测性能，得出圆环阵在相同的布阵空间内和相同的无混叠视场内具有一定的优势。在综合孔径微波辐射计系统中，需要重点考虑满足阵列性能的阵列优化算法，因此本文将模拟退火算法，微分进化算法以及遗传算法用于求解综合孔径圆环阵的阵列优化问题。通过仿真得出优化阵列的综合孔径方向图，从-3dB宽度，第一零点宽度和第一旁瓣电平三个方面分析比较了均匀圆环阵以及三种优化算法优化后的综合孔径圆环阵的阵列性能。得出了每种优化算法优化阵列性能最优的阵元数范畴。且相较均匀圆环阵，三种优化算法能够有效地抑制旁瓣电平，提高分辨率，平滑旁瓣波动且优化后的(u,v)采样更均匀。
　　然后，本文提出了一种从系统硬件结构上优化的特殊圆环阵——双天线旋转圆环阵，给出了其结构特点，旋转方式以及成像原理。最后完成系统实物结构的设计并通过对室内固体噪声源的成像实验证明了双天线旋转圆环阵在实际应用中的可行性。
　　最后，分析了三种适合综合孔径微波辐射计非规则基线排布的反演算法，NUFFT算法，Gridding算法和伪极坐标傅里叶变换法，简单介绍了这三种算法的原理，然后从反演精度、计算复杂度两方面对这三种算法做了比较，并给出了三种算法的适用范围。

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1 绪论

1.1研究背景及目的意义

1.2国内外研究概况

1.3论文研究内容及结构安排

2 综合孔径微波辐射成像原理

2.1相关干涉测量原理

2.2综合孔径成像原理

2.3本章小结

3 综合孔径基线非规则排布条件下的阵列优化问题研究

3.1基于不同基线排布的综合孔径辐射计系统性能分析

3.2综合孔径微波辐射计圆环天线阵列优化问题研究

3.3基于圆环阵列系统结构优化的实际应用分析

3.4本章小结

4 综合孔径非规则基线排布的反演算法研究

4.1 NUFFT非均匀快速傅里叶变换算法研究

4.2 Gridding算法研究

4.3伪极坐标傅里叶变换法研究

4.4 3种非规则基线排布的反演算法性能分析

4.5本章小结

5 全文总结和展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献