微波凝视关联成像辐射特性分析及辐射校正方法研究

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微波凝视关联成像是强度关联技术在传统实孔径雷达基础上的扩展,通过发射时空两维随机辐射场,并与接收的目标回波强度数据进行关联成像,可解决实孔径雷达成像分辨率受限于天线孔径的问题,提高图像分辨率,同时实现全天时全天候的定点凝视成像。该技术可与现有合成孔径雷达成像技术形成互补,是一项颇具应用潜力的新型对地观测技术。目前,该项技术的研究主要集中在成像机理、数据获取和图像重构方面,对于该新型成像技术应用于对地观测领域所面临的数据辐射特性分析、辐射校正处理方法、遥感应用模式等问题还有待研究。  微波凝视关联成像由于其特殊的成像机理,高质量数据的获取取决于成像系统所构建的微波辐射场的随机性以及数据处理中对辐射场的演算精度。成像过程中,微波辐射场的随机性和准确性受到系统参数、观测条件等成像参数的影响;图像重构采用循环迭代算法,难以实现物理意义明确的成像参数对数据辐射特性影响的解析表达,且循环迭代过程计算耗时巨大。本论文针对上述问题开展研究,从成像机理与成像模型出发,结合系统设计参数和实际观测条件,分析影响数据辐射特性和图像质量的关键因素,为高随机微波辐射场的构建以及遥感应用模式提供参考;在上述分析和借鉴传统微波图像辐射校正的基础上,研究数据辐射校正方法,有效提高辐射场演算精度并实现图像辐射校正。论文的主要研究成果如下:  (1)在详细阐述微波凝视关联成像机理和模型的基础上,对当前主要的几种关联成像重构算法的重构性能进行了分析,并面向目标探测应用,针对均匀地物背景下的目标,提出了一种提高成像效率的图像重构策略,该策略可在轻度损失图像重构精度的情况下提高数据成像处理速度。  (2)基于微波凝视关联成像模型,采用仿真分析方法,从观测矩阵随机性和图像辐射质量两个方面,分析微波凝视关联成像系统的典型系统参数、目标场景参数以及场景误差量对数据辐射特性的影响,总结归纳出可有效改善数据辐射质量的关键因素,以及不同应用场景下的系统设计参数需求。  (3)在深入研究微波强度关联成像数据处理方法和分析图像辐射质量的基础上,针对天线方向图指向误差的问题,分析其校正方法;针对实际成像场景中常见的地形起伏影响,给出了相应的数据辐射校正处理方法:针对图像重构前的辐射场校正处理,提出了基于DEM数据的辐射场校正方法,该方法相较于直接采用天线平台高度计算辐射场的方法可以显著提高辐射场的演算精度和图像重构精度;针对重构图像的辐射校正处理,在分析微波凝视关联图像与传统微波图像辐射特性的共性特征的基础上,借鉴传统微波图像辐射校正方法,给出了相应的微波凝视关联图像辐射校正方法。
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