綜合孔徑微波輻射成像統(tǒng)計反演方法研究.pdf

1、本文將統(tǒng)計反演理論引入綜合孔徑輻射計(aperture synthesis radiometers, ASRs) 展源成像領(lǐng)域。根據(jù)統(tǒng)計反演理論，對展源亮溫分布的先驗信息、ASRs自身的物理特性及其在測量過程中的信息進行了挖掘和建模；根據(jù)展源亮溫分布先驗信息的不同性質(zhì)發(fā)展了一系列ASRs統(tǒng)計反演方法。結(jié)合統(tǒng)計反演方法的特點和ASRs反演成像的特殊需求，本文展開了如下的研究工作：
　　 1、從統(tǒng)計學的角度分析了現(xiàn)有的ASRs確定性

2、反演方法，指出了現(xiàn)有ASRs確定性反演方法中關(guān)于亮溫分布和可見度采樣的潛在統(tǒng)計特性及其與實際統(tǒng)計特性的區(qū)別；指出了確定性反演方法在確定正則化參數(shù)以及分析離散化誤差時存在的困難。統(tǒng)計反演方法采用統(tǒng)計推斷估計未知參數(shù)，可避免確定正則化參數(shù)的困難；通過引入先驗信息的統(tǒng)計特性，可提高反演圖像的質(zhì)量。根據(jù)統(tǒng)計反演方法的特點，從如下三個環(huán)節(jié)開展了ASRs統(tǒng)計反演成像的研究工作：①構(gòu)造似然函數(shù)以描述可見度采樣和未知亮溫分布之間的內(nèi)在聯(lián)系；②構(gòu)造先驗概

3、率分布以最恰當?shù)孛枋稣乖戳翜胤植嫉南闰炐畔?；③根?jù)似然函數(shù)和先驗概率分布之間的關(guān)系，發(fā)展估計后驗概率分布的方法。
　　 2、根據(jù)對反問題解的不同影響，將ASRs的非理想性分為設(shè)備誤差和噪聲誤差。采用“測量不確定度”的指標來評估可見度采樣的質(zhì)量，建立了各種校正參數(shù)與可見度采樣合成不確定度之間的解析關(guān)系，該指標可綜合考慮誤差和誤差校正對可見度采樣的影響。
　　 3、根據(jù)亮溫分布的先驗概率分布，分別發(fā)展了基于高斯先驗信息和非高

4、斯先驗信息兩類統(tǒng)計反演方法。其中，基于高斯先驗信息的統(tǒng)計反演方法研究內(nèi)容如下：
　　 (1)提出了基于高斯先驗信息的ASRs統(tǒng)計反演方法。根據(jù)該方法，在分析亮溫分布先驗協(xié)方差的基礎(chǔ)上，建立了一種對ASRs噪聲誤差魯棒性強的展源亮溫分布高斯先驗模型；推導、建立了可見度采樣的統(tǒng)計模型。與現(xiàn)有ASRs確定性反演方法相比，該方法可有效提高反演圖像的質(zhì)量。
　　 (2)提出了多分辨率ASRs統(tǒng)計反演方法。根據(jù)該方法，采用多分辨率技

5、術(shù)分析了亮溫分布離散化時產(chǎn)生的離散化誤差及其對可見度采樣統(tǒng)計特性的影響，建立了ASRs多分辨率統(tǒng)計反問題模型。該方法能綜合利用亮溫分布的先驗信息、離散化誤差的統(tǒng)計特性，提高反演圖像的質(zhì)量；此外，該方法還可直接產(chǎn)生亮溫分布的多分辨率最大后驗估計值。
　　 基于非高斯先驗信息的統(tǒng)計反演方法研究內(nèi)容如下：
　　 (1)提出了基于?1先驗信息的ASRs統(tǒng)計反演方法。在展源條件下，采用空間轉(zhuǎn)換的方法挖掘亮溫分布中潛在的?1先驗信息

6、，建立了該先驗信息的共軛多層先驗等效模型，提出了估計該模型中超參數(shù)的方法。與ASRs確定性反演方法相比，基于?1先驗信息的統(tǒng)計反演方法不僅對各種誤差的魯棒性強，而且能有效地改善反演圖像的準確度和噪聲性能。
　　 (2)提出了ASRs壓縮傳感統(tǒng)計反演方法。將壓縮傳感理論應(yīng)用于ASRs展源成像時，面臨著難以滿足展源亮溫分布稀疏性和傳感矩陣約束等距性的困難；采用修正的一階微分算子作為具有結(jié)構(gòu)特征的展源亮溫分布的壓縮基，以對稀疏性和約束

7、等距性進行折中；并通過白化操作和隨機基線選擇進一步改善了傳感矩陣的約束等距性。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了ASRs壓縮傳感統(tǒng)計反演方法。與現(xiàn)有ASRs確定性反演方法相比，ASRs壓縮傳感統(tǒng)計反演方法能在更少的可見度采樣條件下以較高的概率準確反演圖像，并減小反演成像的計算復雜度。
　　 與現(xiàn)有的ASRs確定性反演方法性比，本文針對不同特性的展源亮溫分布先驗信息提出的ASRs統(tǒng)計反演方法能有效克服ASRs非理想特性對反演圖像的影響，大幅提高A