综合孔径微波辐射计图像频谱特征及误差分析

论文摘要

综合孔径微波辐射计是近年来被动微波遥感技术发展的一个热点,是射电天文综合孔径望远镜在对地观测领域的应用和发展。综合孔径微波辐射计通过不同距离的干涉天线对形成的不同基线对视场范围内亮温分布的空间频谱(也称可见度函数:Visibility Function)进行采样,进而反演成像得到观测区域的亮温分布。本文首先分析了空间图像的二维频谱特征,并利用实际自然景物图片验证了能从采样频谱中初步分析出原始亮温中的某些分布,从而证实了在综合孔径辐射计反演亮温存在明显振荡的情况下,可以从振荡方向判断存在误差的基线的大致方向和位置。综合孔径微波辐射计的系统误差对反演图像的质量存在不同程度的影响。因此,本文详细分析了系统的信道幅度和相位不平衡、综合孔径天线的位置误差、天线的方向图误差和相位误差以及基线缺失等对反演亮温的影响及分布特点。针对系统信道的幅度不平衡,文章中还给出了相应的检测办法(基线缺失是幅度不平衡的极端情况),以及修正方法。通过仿真实验表明修正后反演图像的保真度有显著提高。对实际的机载实验数据的处理也充分证实了该方法的有效性。在综合孔径天线设计中,由于天线改装等原因,可能造成综合孔径天线对观测区域频谱的非均匀采样。这将可能造成反演视场的混叠。文章给出了非均匀采样反演视场无混叠的条件,存在无混叠区域的条件,以及无混叠区域的范围。本文的分析和讨论将为从反演图像判断综合孔径微波辐射计误差类型和来源提供重要的判别依据,并为后续的反演图像增强算法的设计提供重要的参考。同时对于非均匀采样时天线的设计和反演图像无混叠区域的确定提供了有力的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 综合孔径微波辐射计概述
• 1.1.1 传统微波辐射计概述
• 1.1.2 综合孔径微波辐射计概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 综合孔径微波辐射计理论基础
• 2.1 天线采样原理
• 2.2 干涉测量原理
• 2.2.1 点源的干涉测量原理
• 2.2.2 扩展目标干涉测量原理
• 2.2.3 综合孔径辐射计测量原理
• 2.3 反演成像算法
• 2.3.1 Fourier 反演算法
• 2.3.2 G 矩阵算法
• 2.3.3 反卷积算法（Clean 算法）
• 2.4 温度分辨率和空间分辨率
• 2.5 本章小结
• 第三章 二维空间图像频域特征
• 3.1 频谱在不同方向上的可分离性
• 3.2 Fourier 频谱统计规律
• 3.3 频谱与亮温变化方向的关系
• 3.4 频谱与亮温变化快慢的关系
• 3.5 频谱与物体尺寸的关系
• 3.6 纹理的频谱的分布特点
• 3.7 阵列图像的频谱特征
• 3.8 Fourier 频谱分析的一些缺点
• 3.9 对一些实际图像的分析
• 3.10 本章小结
• 第四章 综合孔径微波辐射计系统误差分析
• 4.1 信道误差分析
• 4.1.1 信道幅度误差分析
• 4.1.2 信道相位误差分析
• 4.2 天线误差分析
• 4.2.1 天线位置误差分析
• 4.2.2 天线方向图误差分析
• 4.2.3 天线相位误差
• 4.3 基线缺失
• 4.4 上述误差的仿真
• 4.4.1 各误差仿真（天线方向图误差除外）
• 4.4.2 天线方向图误差仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 幅度误差的检测及反演图像的修正
• 5.1 幅度误差的检测
• 5.2 对幅度误差图像的修正
• 5.3 实际飞行实验的数据处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 综合孔径天线非均匀采样无混叠视场的确定
• 6.1 均匀采样视场无混叠条件及无混叠区域
• 6.2 非均匀采样反演视场无混叠区域的相关讨论
• 6.2.1 非均匀采样视场无混叠区域的确定
• 6.2.2 非均匀频谱采样条件下反演视场无混叠区域存在的条件
• 6.2.3 仿真的结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢