基于数据域与亮温域结合的微波辐射计射频干扰抑制方法

本发明属于微波遥感，特别涉及一种微波辐射计射频干扰抑制方法，可用于综合孔径被动微波辐射测量。

背景技术：

1、y型天线阵被动遥感l波段干涉型综合孔径辐射计系统以其高分辨率和宽视场的特征被广泛应用于地球和海洋观测中。两个典型的应用是在欧洲航天局发射的smos卫星搭载的微波辐射计miras和中国海洋盐度卫星搭载的有效载荷辐射计imr上实现。其中miras可用于土壤湿度和海洋盐度的探测，imr可用于海洋盐度探测。传统的这些微波辐射测量容易受到同波段非自然信号的干扰，真实物体的微波辐射强度会被这些射频干扰信号淹没。由于空间频率采样的限制，在高亮温区域产生吉布斯拖尾，会破坏甚至阻碍地球物理参数的反演。它的影响已经在上述两个对地观测应用中得到了关注，而且预计这一问题将进一步加剧。根据smos的研究经验以及对未来工作的规划，射频干扰rfi缓解技术将作为综合孔径辐射计系统设计的重要部分进行研发。

2、在被动遥感中，射频干扰信号属于无用且有害的电磁辐射，它会破坏接收机的性能。当前，检测到的rfi日益增加，同时加上全球无线技术的广泛使用，相关研究机构对rfi的担忧越来越多。有的rfi在被动观测的保护频段中的非法辐射，称为带内射频干扰；还有一部分来源于发射的谐波较低频段，称为带外射频干扰。rfi已经成为被动遥感领域的严重威胁，尤其是微波辐射测量领域。虽然微波辐射计工作在受保护的频段内，但是由于其较高的灵敏度，很容易受到rfi的影响。因此，需要采用机载探测和减缓技术来减少射频干扰rfi的影响，提高辐射测量的准确性和数据检索的科学性，并改善普遍被干扰遮蔽地区的空间覆盖范围。

3、在过去的十几年里，辐射测量领域相关研究机构和专家一直致力于研究抗rfi的方法。最原始且有效的方法是对rfi精准定位之后，让国家当局关闭受保护频段的非法射频干扰源，这一举措在l频段取得了一定的进展。但是，不可能关闭所有的rfi来源，而且会有新的射频干扰源rfi源源不断的出现。因此，缓解和消除微波辐射测量应用中面临的严重射频干扰问题，为对地遥感观测等不同的应用场景下的综合孔径微波辐射测量奠定基础显得迫在眉睫。

4、西安空间无线电技术研究所在其申请号为cn202211338438.1的专利文献中，公开了“一种基于定标场观测的星载综合孔径辐射计误差校正方法”，其实现步骤为：首先利用星载综合孔径辐射计对地球目标场景进行观测，获取目标场景的相关输出测量矩阵，并进行绝对定标，得到定标后的目标场景可见度函数；接着利用星载综合孔径辐射计对定标场进行观测，获取定标场的相关输出测量矩阵，并进行绝对定标，得到定标后的定标场可见度函数；然后利用目标场景可见度函数与定标场可见度函数按照比例作差值，得到差值可见度函数；将差值可见度函数分为地球、空间部分；最后利用地球部分差值可见度函数进行亮温重构，并与差值模型天空亮温求和，将定标场景模型亮温按比例补偿至重构后的差值亮温，得到校正后的重构亮温图像。该方法存在两点不足之处，其一，由于需要目标场景和定标场景的可见度函数，由此导致计算量大，复杂性高。其二，该方法需要将目标场景可见度函数与定标场景可见度函数按比例做差值，人为的选择比例会造成一些新的误差，加剧拖尾现象，恶化重构亮温图像。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于数据域与亮温域结合的微波辐射计射频干扰抑制方法，以通过在原始的可见度数据域进行抑制，降低人为因素带来的误差，有效缓解射频干扰rfi及其拖尾的影响，提高重构亮温的成像图像质量。

2、为实现上述目的，本方面的技术方案包括如下步骤：

3、(1)通过两两相关的稀疏阵列天线计算场景的空间频率域信息，并将计算结果作为可见度数据v；

4、(2)根据应用需求选取优化模型，并借助cvx二次规划数学软件包求解该优化模型，得到反演视场对应的优化权向量ωbest；

5、(3)将优化权向量与可见度数据加权求和，得到反演视场的亮温估计图像；

6、(4)寻找亮温估计图像的峰值点(ξn,ηn)，记录其亮温值为tn，并根据反演视场的亮温估计图像设置阈值，将超过阈值的峰值点作为亮温异常点，小于阈值的峰值点作为亮温正常点，其中n代表第n个射频干扰点；

7、(5)计算亮温异常点周围n个正常点的亮温均值taverage、阵列因子af和初始的步长因子γ；

8、(6)根据亮温均值、阵列因子和步长因子对亮温异常点的亮温进行抑制，得到更新的异常点亮温tb和步长因子γb；

9、(7)设置亮温异常点阈值为1+r，判断当前异常点的亮温是否需要继续抑制：

10、如果tb/taverage＞1+r，返回步骤(6)，其中r为自定义常数；

11、否则，更新亮温估计图像，返回步骤(4)；

12、(8)重复执行步骤(4)～步骤(7)，直到所有的异常点亮温都低于亮温估计图像的阈值，结束抑制。

13、本发明与现有技术相比具有如下优点：

14、第一，本发明通过优化模型求得的优化权向量与可见度数据直接进行加权求和得到第一次抑制的亮温估计图像，避免了对可见度数据做进一步的处理，可以降低人为因素带来的误差和可见度数据处理过程带来的系统误差。

15、第二，本发明由于在一次抑制得到的亮温估计图像中，加入了亮温估计图像阈值和异常亮温点阈值的设置，通过双阈值的设置对零陷周围的亮温异常点进行二次抑制，将异常点转化为正常点，克服了现有技术因为第一次抑制带来的零陷周围的异常亮温点的问题，可以有效的缓解射频干扰及其引起的拖尾现象，提高图像质量。

技术特征：

1.一种基于数据域与亮温域结合的微波辐射计射频干扰抑制方法，其特征在于，包括如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中通过两两相关的稀疏阵列天线计算场景的空间频率域信息，公式如下；

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)中选取的优化模型，表示如下：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中得到反演视场的亮温估计图像，表述如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中计算亮温均值taverage，公式如下：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中计算阵列因子af，公式如下：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中计算初始的步长因子γ，公式如下：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中得到更新的异常点亮温tb，表示如下：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中得到更新的步长因子γb，表示如下：

技术总结
本发明公开了一种基于数据域与亮温域结合的微波辐射计射频干扰抑制方法，主要解决现有技术在原始可见度数据域抑制时因出现异常亮温点而导致成像性能恶化的问题。其实现方案是：通过复相关获取可见度数据，并根据选取的优化模型求取优化权向量；将可见度数据与优化权向量加权求和，得到一次抑制后的亮温估计图像；在亮温估计图像中寻找峰值点，并通过图像阈值判断其是否为亮温异常点，如果是，则对该点的亮温进行抑制，直到低于亮温异常点阈值，更新亮温估计图像；重复寻找图像峰值点，直到整个亮温估计图像低于图像阈值，完成对微波辐射计射频干扰的抑制。本发明清除了零陷区域附近异常亮温点，提高了成像质量，可用于综合孔径被动微波辐射测量。

技术研发人员：张娟,李虹,李一楠,李浩,窦昊锋,杨小娇
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17