分布式综合孔径微波辐射计阵列成像方法

微波辐射成像技术具有全被动、全天时、准全天候、可穿透烟尘、非金属覆盖物等的工作特点，在民用和军用的许多领域具有广阔的应用前景。相对于可见光，微波波长较长，因而有限的空间分辨率成为严重制约该技术发展的关键因素。综合孔径辐射计阵列成像技术可有效改善空间分辨率，但受阵列规模、承载平台空间等的限制，依然无法满足无源目标探测、微波遥感等应用的需求。本项目提出一种分布式综合孔径微波辐射计阵列成像方法，利用多个相互分离的子阵，组成大规模的综合孔径稀疏辐射计阵列，通过信号处理得到大的合成孔径，从而突破单一阵列和承载平台的约束，获取有数量级提升的空间分辨率。本项目拟重点研究分布条件下综合孔径辐射计阵列的排布方法、分布式综合孔径成像反演及系统误差校正方法，解决排布空间约束条件下综合孔径稀疏阵列拓扑优化、基于现代统计理论的非连续基线综合孔径成像反演等关键科学问题，为未来发展车、机、星载集群无源成像技术奠定基础。

微波辐射测量技术具有全天时、准全天候、可穿透云雾和烟尘、全被动等特点，在民用和军用的许多领域具有广泛的应用前景。为解决空间分辨率有限的问题，综合孔径辐射计基于干涉测量的思想，采用稀疏天线阵列替代大孔径天线，空间分辨率得到显著提升。但受阵列规模、承载平台空间等的限制，依然无法满足无源目标探测、微波遥感等应用的需求。本项目提出一种分布式综合孔径微波辐射计阵列成像方法，利用多个相互分离的子阵，组成大规模的综合孔径稀疏辐射计阵列，通过信号处理合成大的孔径，从而突破单一阵列和承载平台的约束，获取有数量级提升的空间分辨率。在本项目研究过程中，课题组对分布式综合孔径辐射计阵列排布方法、分布式综合孔径辐射计阵列误差建模和校正方法、分布式综合孔径图像反演方法、分布式综合孔径辐射计系统性能分析等方面开展了全面研究，在综合孔径辐射测量的基础研究方面取得了一系列重要的研究成果。如在阵列设计方面，基于辐射测量灵敏度和空间分辨率的相互制约关系，提出了在一种灵敏度与空间分辨率联合最优的综合孔径辐射计阵列设计方法，针对目标探测应用，该方法具有更好的探测性能。在误差校正方面，基于综合孔径辐射计干涉测量特点，提出一种基于自旋转的误差校正方法，该方法通过一次阵列旋转获取阵元相位误差，利用冗余基线与零基线获取阵元幅度误差，消除测量可见度中幅相误差的影响，且不受阵列形式的限制，可广泛适用于一维、二维任意阵列。在反演方面，结合综合孔径辐射计成像原理与相控阵模型的基本理论，在建立综合孔径辐射计的虚拟相控阵成像模型的基础上，提出一种基于阵列因子综合的综合孔径辐射计成像方法，该方法能实现综合孔径辐射计阵列因子的有效调整，解决了当前综合孔径辐射计的等效阵列因子只能由基线的u-v分布和窗函数类型决定的不足。此外，首次提出了基于压缩感知的射频干扰源定位方法，该方法能有效实现基线缺失条件下的高分辨率点目标源的定位。这一系列研究成果对未来发展发展车、机、星载集群无源成像技术奠定了基础。