基于統(tǒng)計推斷的綜合孔徑輻射計反演方法研究.pdf

1、熱力學(xué)定律表明任何溫度在絕對零度以上的物質(zhì)都會向外界輻射電磁能。在微波/毫米波波段，用于測量物質(zhì)熱輻射信號的高靈敏度被動式接收機稱為微波輻射計。綜合孔徑輻射計屬于一類輻射計陣列系統(tǒng)，它通過分布式小口徑天線的“孔徑綜合”實現(xiàn)虛擬“大口徑”，能達到與最大填充尺寸相同的實孔徑的空間分辨率；它同時具備“凝視”成像能力，通過干涉式接收處理體制能有效獲取觀測視場范圍內(nèi)的輻射亮溫分布。目前，綜合孔徑輻射計系統(tǒng)已在射電天文、地球遙感、安全檢查、軍事偵察

2、等領(lǐng)域的相關(guān)研究工作中發(fā)揮重要作用。
　　微波輻射計測量物質(zhì)輻射亮溫的過程是一個對隨機熱輻射信號的能量累積過程，其有效輸出的物理量對應(yīng)為熱輻射信號的功率。綜合孔徑輻射計采用天線陣列，對空間中傳播到各個單元天線口面處的熱輻射電壓信號實施干涉測量，完成信號的相關(guān)接收處理過程，并獲得空間頻率域的可見度函數(shù)。本文以可見度函數(shù)作為研究工作的起點，針對綜合孔徑輻射測量應(yīng)用中存在的輻射亮溫圖像重建問題和射頻干擾源定位問題，主要的研究內(nèi)容涉及以下

3、幾個方面：
　　本文針對確定性正則化方法在求解不適定反問題過程中存在的局限性，在概率理論和Hilbert空間理論的交叉理論背景下，提出了一種求解綜合孔徑亮溫重建不適定反問題的概率理論數(shù)學(xué)框架。在該數(shù)學(xué)框架中，結(jié)合統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論，指出了用于評價綜合孔徑亮溫反演模型品質(zhì)的小樣本條件下風(fēng)險泛函最小化準(zhǔn)則，并分析了該準(zhǔn)則下的核函數(shù)方法與確定性正則化方法的數(shù)學(xué)聯(lián)系，解釋了已有確定性數(shù)值正則化反演方法對應(yīng)的概率模型的數(shù)學(xué)含義，最后通過實驗完成了

4、對綜合孔徑輻射測量中信號統(tǒng)計特性的驗證。
　　本文利用統(tǒng)計推斷的數(shù)學(xué)分析方法，結(jié)合亮溫分布和可見度函數(shù)的概率模型數(shù)學(xué)描述，提出了一種基于Bayes推斷的綜合孔徑亮溫反演方法。該方法旨在解決綜合孔徑反演問題中最優(yōu)正則化參數(shù)的選取問題，通過建立綜合孔徑亮溫反演問題的統(tǒng)計回歸模型，利用Bayes概率理論解決模型參數(shù)的估計問題，避免人為選取正則化參數(shù)帶來的過正則化或欠正則化的問題，根據(jù)不同的可見度函數(shù)自適應(yīng)地緩解模型操作算子的病態(tài)性，在不

5、損失反演圖像性能的前提下完成亮溫的高效重建，同時可以獲取關(guān)于反演亮溫估計的置信區(qū)間范圍。
　　本文面向微波輻射測量中的射頻干擾問題，結(jié)合射頻干擾源在空間域內(nèi)的稀疏分布特點，提出了一種基于空間域稀疏表征的射頻干擾源定位方法。在闡明綜合孔徑干涉測量中可見度函數(shù)與波束成形技術(shù)中協(xié)方差矩陣的數(shù)學(xué)聯(lián)系的基礎(chǔ)上，采用Laplace稀疏先驗概率模型對射頻干擾源的空間位置信息進行數(shù)學(xué)描述，建立了用于稀疏信號源DOA估計的綜合孔徑干涉測量的分層概率