一种用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法

本发明属于微波遥感观测，涉及星载一维综合孔径微波辐射计分辨率增强技术，具体涉及一种用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法。

背景技术：

1、综合孔径技术的引入使得综合孔径微波辐射计能够取代实孔径微波辐射计，从而实现低频微波波段的高空间分辨率地球观测。这种方法解决了部署大型扫描天线的技术挑战，为高分辨率观测提供了一种经济高效的解决方案。此外，综合孔径微波辐射计采用电子控制天线波束，避免了机械控制的复杂性和局限性。

2、综合孔径技术在地球遥感应用领域中得到了迅速发展。一维(1d)综合孔径微波辐射计（sair）是国际上第一个采用综合孔径技术的星载1d sair。然而由真实孔径决定的星载1d sair的沿轨方向分辨率往往是相对粗糙的，l波段尤其明显，这一局限性给获得详细的海洋学研究所需的高分辨率数据带来了重大挑战。且关于星载1d sair沿轨方向的分辨率的增强，国内外并无探究。因此，设计一种适用于星载1d sair的分辨率增强方法是亟需解决的技术问题。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决一维综合孔径微波辐射计存在的沿轨方向分辨率相对粗糙的问题，提出了一种用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，借助实孔径微波辐射计分辨率提升思想，通过充分利用自身数据在沿轨方向的信息冗余，显著提高了星载一维综合孔径微波辐射计在沿轨方向的分辨率。

2、本发明的技术方案是：

3、一种用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，包括以下步骤：

4、根据星载一维综合孔径微波辐射计的天线排布、天线的方向图矩阵计算不同间隔基线的谐波基函数；

5、利用星载一维综合孔径微波辐射计的配置参数、飞行高度、装配角度，选取合适的截断阈值，求得星载一维综合孔径微波辐射计阵列在地面视场的重叠数量；

6、结合星载一维综合孔径微波辐射计阵列采集的可见度样本，采用公式（1）获取在沿轨方向携带高精度信息的可见度样本：

7、（1）

8、其中，代表地面视场的重叠数量，m代表重叠视场的序数，m≤n，代表对应于系数的第个权重系数；代表对应于系数处的可见度样本的存在视场重叠的第个样本；代表对应于系数处沿轨方向携带高精度信息的可见度样本；代表方向余弦坐标，对应于坐标张成空间中目标场景亮温信息，代表对应于第个基函数的余弦坐标中的横坐标，代表对应于第个基函数的余弦坐标中的纵坐标，代表对应于系数处的谐波正交基函数；

9、权重系数满足约束条件：

10、；

11、权重系数通过最小化总体误差获得：

12、；

13、其中，代表拟合误差，

14、；

15、代表方差，；

16、表示维度参数，表示噪声调谐参数；代表归一化谐波基函数，由公式进行归一化，以保证满足；代表目标谐波基函数，满足代表归一化的目标谐波基函数，由公式进行归一化，以保证；右上角标代表转置，代表由测量误差的协方差矩阵；

17、利用获取的高精度可见度样本，结合反演算法，进行亮温重构，输出高精度亮温值。进一步的，权重系数由下式公式（2）计算得出：

18、其中，（2）

19、代表由组成的二维矩阵，上角标-1代表矩阵的逆；代表由组成的一维矩阵，上角标代表矩阵的转置；代表由组成的一维矩阵；代表随机噪声方差；表示维度参数，表示噪声调谐参数；代表取余弦，代表取正弦。

20、进一步的，所述不同间隔基线的谐波基函数采用如下公式（3）计算：

21、（3）

22、其中，代表天线阵列中位于号位置处的天线的天线方向图；代表方向余弦坐标，上角标代表共轭，代表天线对序号，表示天线对之间的间隔与最小天线间隔的倍数关系系数。

23、谐波基函数是复数，不同间隔的基线对应于不同的谐波基函数，零间隔对应的谐波基函数为实数，即只包含实部，虚部为零。

24、进一步的，所述截断阈值用于调节星载一维综合孔径微波辐射计在地面视场的重叠数量，截断阈值的建议值为-11db，以保证有足够数量的重叠视场。这里截断阈值可根据实际需求进行调节，更低的截断阈值会产生更多重叠的视场，反演过程使用更多的重叠视场可增加反演结果的精度，同时也会增加计算负担，导致耗时增加。

25、进一步的，配置参数包括有效积分时间、采样间隔。

26、进一步的，所述反演算法为g矩阵反演算法，选择最小二乘求解方法，采用如下公式（4）求得高精度亮温值：

27、（4）

28、其中，代表反演得到的高精度亮温值，右上角标代表矩阵的伪逆，代表组成的携带高精度信息的可见度样本矩阵。本发明方法可以与任意的g矩阵反演方法结合，在实施过程中选择更优的g矩阵反演方法可以一定程度优化跨轨方向的分辨率。

29、本发明的有益效果：

30、本发明利用backus-gilbert（bg）启发的星载一维综合孔径微波辐射计分辨率提升方法进行沿轨方向的分辨率增强，不需要额外借助其他的高分辨率数据，通过充分利用重叠视场中可见度样本的冗余信息，结合原始星载一维综合孔径微波辐射计阵列采集的可见度样本计算出含有更高精度信息的可见度样本；最后利用g矩阵反演方法，将可见度转化为高精度亮温值，显著提高了星载一维综合孔径微波辐射计在沿轨方向的分辨率。

技术特征：

1.一种用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，其特征在于，权重系数由公式（2）确定：

3.根据权利要求1所述的用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，其特征在于，所述不同间隔基线的谐波基函数采用如下公式（3）计算：

4.根据权利要求1所述的用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，其特征在于，所述截断阈值为-11db。

5.根据权利要求1所述的用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，其特征在于，配置参数包括有效积分时间、采样间隔。

6.根据权利要求1所述的用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，其特征在于，所述反演算法为g矩阵反演算法，选择最小二乘求解方法，采用如下公式（4）求得高精度亮温值：

技术总结本发明属于微波遥感观测技术领域，涉及一种用于星载一维综合孔径微波辐射计的分辨率增强方法，步骤包括：计算星载一维综合孔径微波辐射计对应于不同间隔基线的谐波基函数；获得一维综合孔径微波辐射计阵列地面视场重叠数量；结合一维综合孔径微波辐射计阵列采集的可见度样本，将其更新为在沿轨方向携带高精度信息的可见度样本；通过反演算法求解高精度亮温值。本发明利用BG启发的星载一维综合孔径微波辐射计分辨率增强方法进行沿轨方向的分辨率增强，不需要额外借助其他的高分辨率数据，借助实孔径微波辐射计分辨率提升思想，通过充分利用自身数据在沿轨方向的信息冗余，显著提高了星载一维综合孔径微波辐射计在沿轨方向的分辨率。技术研发人员：殷晓斌,何明耀,李炎受保护的技术使用者：中国海洋大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6