CN112285659A - 一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，将每个单元天线的天线方向图f采用一组球谐函数表达；根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合孔径辐射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM；在球谐函数的约束下，根据已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球谐函数的系数C代入球谐函数，从而得到亮温重构矩阵G'，实现在轨更新亮温重构矩阵；对于综合孔径辐射计系统观测未知亮温的观测场景。

Description

一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法
技术领域
本发明涉及一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，属 于空间微波遥感技术领域。
背景技术
典型的亮温重构方法是基于亮温重构矩阵求逆的方法，该方法是基于地 面测量天线阵列中所有单元天线的方向图以及所有天线的位置坐标信息计 算得到。由于在轨后空间环境发生变化，引起天线阵列中所有单元天线的方 向图发生变化，使得亮温重构矩阵存在误差，最终导致综合孔径辐射计系统 探测精度下降以及应用效能降低。
目前在轨的综合孔径辐射计系统在亮温重构中为了获取更高精度的测 量结果，都是在亮温矩阵求逆的方法上开展，希望通过降低亮温重构矩阵求 逆时由于数学的病态问题导致求逆过程中误差被放大的现象来实现高精度 的亮温重构，而没有分析误差产生的原因而进行针对性的误差校正。
为了提升亮温重构的精度，在轨主要通过解决亮温重构矩阵广义逆不稳 定的问题来提升精度。矩阵求逆的约束和截断等方法能在一定程度上提升重 构精度，但是这些方法的改善有限，不能解决综合孔径辐射计在轨后天线方 向图变化带来的亮温误差。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种基于综 合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，填补在轨更新亮温重构矩阵的 空白，利用天线方向图符合单位球面上平方可积的条件，采用球谐函数，通 过在轨观测定标场更新亮温重构的矩阵，为高精度的亮温获取提供了方法。
本发明解决的技术方案为：一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构 矩阵的方法，步骤如下：
(1)将每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达；
(2)根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向 图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；
(3)综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合孔径辐 射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系统输出 可见度函数VM；
(4)在步骤(2)得到的球谐函数的约束下，根据步骤(3)已知亮温 分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM，得 到每组球谐函数的系数C；将每组球谐函数的系数C，代入步骤(2)中的球 谐函数，从而得到亮温重构矩阵G。
优选的，还包括(5)，对于综合孔径辐射计系统未知的观测场景，利 用步骤(4)得到的亮温重构矩阵G，以及综合孔径辐射计系统输出的可见 度函数V，得到观测场景的辐射亮温T。
优选的，在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量， 而每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达，具体为：单元天线 的天线方向图在任何情况下都受到球谐函数的约束，在轨后即使天线方向图 发生变化但仍满足球谐函数的表达方式；基于球谐函数的约束，在对天线方 向图的球谐函数表达式的系数进行求解，在求解的系数基础上实现在轨更新 亮温重构矩阵的目的。
优选的，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方 向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G，具体为：在轨后，每个 单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，基于每个单元天线的天线方 向图任何条件下都受到球谐函数的约束，将球谐函数的系数表达式代入亮温 重构矩阵，从而达到约束亮温重构矩阵的目的，在此条件下在轨更新的亮温 重构矩阵是有物理意义，不会因为病态问题的求解而产生错误的解。
优选的，综合孔径辐射计系统用于星载时，具体为：综合孔径辐射计系 统在地面测量天线方向图时与用于星载位于太空时相比，环境温度变化很大； 环境的变化会引起系统天线阵列中单元天线的天线方向图，为了获得星载系 统的高精度产品，需要对存在的误差进行校正；将综合孔径辐射计系统安装 在星上，能够在轨观测时接收已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM，输出射 频信号，送至接收通道，进行下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字 相关器完成所有接收通道输出信号的自相关和互相关运算，输出可见度函数VM，作为综合孔径辐射计系统的输出。
优选的，一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，包括： 天线方向图表示模块、亮温重构矩阵表示模块、控制模块、亮温重构矩阵确 定模块；
天线方向图表示模块，将每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函 数表达；
亮温重构矩阵表示模块，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函 数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；
控制模块，在综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合 孔径辐射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系 统输出可见度函数VM；
亮温重构矩阵确定模块，在球谐函数的约束下，根据已知亮温分布的定 标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球 谐函数的系数C；将每组球谐函数的系数C，代入球谐函数，从而得到亮温 重构矩阵G。
优选的，还包括：辐射亮温确定模块，辐射亮温确定模块对于综合孔径 辐射计系统未知的观测场景，利用亮温重构矩阵确定模块得到的亮温重构矩 阵G，以及综合孔径辐射计系统输出的可见度函数V，得到观测场景的辐射 亮温T。
优选的，在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量， 而每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达，具体为：单元天线 的天线方向图在任何情况下都受到球谐函数的约束，在轨后即使天线方向图 发生变化但仍满足球谐函数的表达方式；基于球谐函数的约束，在对天线方 向图的球谐函数表达式的系数进行求解，在求解的系数基础上实现在轨更新 亮温重构矩阵的目的。
优选的，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方 向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G，具体为：在轨后，每个 单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，基于每个单元天线的天线方 向图任何条件下都受到球谐函数的约束，将球谐函数的系数表达式代入亮温 重构矩阵，从而达到约束亮温重构矩阵的目的，在此条件下在轨更新的亮温 重构矩阵是有物理意义，不会因为病态问题的求解而产生错误的解。
优选的，综合孔径辐射计系统用于星载时，具体为：综合孔径辐射计系 统在地面测量天线方向图时与用于星载位于太空时相比，环境温度变化很大； 环境的变化会引起系统天线阵列中单元天线的天线方向图，为了获得星载系 统的高精度产品，需要对存在的误差进行校正；将综合孔径辐射计系统安装 在星上，能够在轨观测时接收已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM，输出射 频信号，送至接收通道，进行下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字 相关器完成所有接收通道输出信号的自相关和互相关运算，输出可见度函数VM，作为综合孔径辐射计系统的输出。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明将满足单位球面上平方可积的条件即可采用一组球谐函数 的线性表达原理融入到综合孔径辐射计的亮温重构方法中；提出了一种新的 用于提升亮温重构精度的方法，通过对亮温重构矩阵进行球谐函数的约束， 使更新的亮温重构具有物理意义。
(2)本发明利用预先已知亮温分布的定标场方案，本方法的实现无需 采用其他定标措施；该方法实现条件简单无需综合孔径辐射计系统在轨额外 采用其他手段获得定标参数；关于定标场的选择可以按需求进行，可以选择 其他卫星已经在地面或海面建立的定标场，也可以在轨运行中选择沙漠或雨 林等比较单一的场景。
(3)本发明首次提出在轨通过数学运算的方法更新亮温重构矩阵，能 够提升综合孔径辐射计系统对观测场景亮温的测量精度。
附图说明
图1本发明综合孔径辐射计系统组成及数据处理流程示意图；
图2本发明在轨更新亮温重构矩阵处理流程示意图；
图3本发明在处理中用到的天线坐标系定义。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，(1) 将每个单元天线的天线方向图f采用一组球谐函数表达；(2)根据天线阵 列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向图和每个单元天线的 位置，表示亮温重构矩阵G；(3)综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星 在轨后，通过综合孔径辐射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时， 综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM；(4)在步骤(2)得到的球谐函数 的约束下，根据步骤(3)已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径 辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球谐函数的系数C；将每组球谐函 数的系数C，代入步骤(2)中的球谐函数，从而得到亮温重构矩阵G'，实 现在轨更新亮温重构矩阵；对于综合孔径辐射计系统观测未知亮温的观测场 景，利用步骤(4)得到的更新后的亮温重构矩阵G'，将其应用到观测其他 场景时综合孔径辐射计系统输出的可见度函数V，得到观测场景的辐射亮温 T。
相比于传统辐射计，综合孔径辐射计无需扫描一次成像就能获得高分辨 宽幅度的微波辐射测量。为了实现更高分辨率的需求，综合孔径辐射计具有 强大的优势。综合孔径辐射计系统的特点是通过星载的方式，对地球进行 观测，系统输出的是可见度函数，需要通过亮温重构处理获取观测场景的亮 温分布。
亮温重构的处理是获取综合孔径辐射计观测亮温信息的必经之路，本方 法创造性的将天线方向图通过球谐函数线性组成对天线方向图的物理意义 进行约束，利用系统星载手段对已知亮温分布的定标场对球谐函数系数进行 估计并更新，以此达到在轨更新亮温重构矩阵的目的，该方法能够提升系统 的测量精度，高精度测量结果将为气象预报、海洋环境监测、灾害预报等提 供重要的信息，对提高短期极端天气以及长期气候预测的准确性有着非常重 要的作用，对我国的国防建设和国民生活有着极其重要的意义。
如图1所示，综合孔径辐射计系统，包括：天线阵列、接收通道、定标 网络、数字相关器；接收通道开关切换到天线端口，综合孔径辐射计系统的 天线阵列观测的场景辐射亮温，送至接收通道，进行下变频输出中频信号， 送至数字相关器，数字相关器完成输出可见度函数；接收通道开关切换到定 标端口，并通过定标网络的开关切换热源(或常温源)，热源(或常温源) 通过功分器功分成多路射频信号后，分别送至各接收通道，进行下变频输出中频信号，送至数字相关器输出可见度函数；通过定标网络对综合孔径辐射 计系统的接收通道的幅度和相位进行标定，则亮温重构时的亮温重构矩阵只 需要包含天线方向图以及天线阵列中单元天线的几何位置就可以对其他观 测场景进行亮温重构获得场景的辐射亮温分布。
天线阵列，优选包括：多个单元天线，每个单元天线对应一个接收通道；
一个单元天线与其对应的接收通道以及接收通道开关(即开关1)形成 一个接收链路；
各个接收通道的输入端口，通过其对应的接收通道开关，能够选择连接 定标网络的输出或天线阵列的输出，天线阵列的输出作为天线端口；定标网 络的输出作为定标端口；
天线阵列接收观测场景的辐射亮温T，输出射频信号，送至接收通道， 进行下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字相关器完成所有接收通道 输出信号的自相关以及两两通道间进行互相关运算，自相关和互相关按照规 定的排列顺序组成向量输出即为系统输出的可见度函数V，作为综合孔径辐 射计系统的输出；
定标网络，能够向各接收通道发送定标信号，实现对各接收通道幅度和 相位进行周期性标定。
定标网络，包括：定标网络的开关、发射源、衰减器、功分器；
定标网络的开关(即开关2)为单刀双掷开关，包括：两个不动端和一 个动端；
发射源产生热源，一路通过衰减器衰减后得到常温源，送至定标网络的 开关的一个不动端，另一路直接送至定标网络的开关的另一个不动端，定标 网络的开关的动端连接功分器的输入；功分器的输出分别连接各个接收通道 对应的接收通道开关；
接收通道开关为单刀双掷开关，包括：两个不动端和一个动端；
接收通道开关的动端连接接收通道输入端口，接收通道开关的两个不动 端分别连接天线阵列中对应的单元天线和功分器的一路输出。
在轨更新亮温重构矩阵的流程如图2所示，将每个单元天线的天线方向 图F采用一组球谐函数表达，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函 数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G，综合孔 径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合孔径辐射计翻看已知亮温 分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM， 在球谐函数的约束下，根据已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径 辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球谐函数的系数C，将每组球谐函 数的系数C，从而得到亮温重构矩阵G'，实现在轨更新亮温重构矩阵；将G' 应用到其他观测场景，得到测场景的辐射亮温T。
优选的，一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，包括： 天线方向图表示模块、亮温重构矩阵表示模块、控制模块、亮温重构矩阵确 定模块；
天线方向图表示模块，将每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函 数表达；
亮温重构矩阵表示模块，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函 数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；
控制模块，在综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合 孔径辐射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系 统输出可见度函数VM；
亮温重构矩阵确定模块，在球谐函数的约束下，根据已知亮温分布的定 标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球 谐函数的系数C；将每组球谐函数的系数C，代入球谐函数，从而得到亮温 重构矩阵G。
优选的，还包括：辐射亮温确定模块，辐射亮温确定模块对于综合孔径 辐射计系统未知的观测场景，利用亮温重构矩阵确定模块得到的亮温重构矩 阵G，以及综合孔径辐射计系统输出的可见度函数V，得到观测场景的辐射 亮温T。
优选的，在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量， 而每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达，具体为：单元天线 的天线方向图在任何情况下都受到球谐函数的约束，在轨后即使天线方向图 发生变化但仍满足球谐函数的表达方式；基于球谐函数的约束，在对天线方 向图的球谐函数表达式的系数进行求解，在求解的系数基础上实现在轨更新 亮温重构矩阵的目的。
优选的，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方 向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G，具体为：在轨后，每个 单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，基于每个单元天线的天线方 向图任何条件下都受到球谐函数的约束，将球谐函数的系数表达式代入亮温 重构矩阵，从而达到约束亮温重构矩阵的目的，在此条件下在轨更新的亮温 重构矩阵是有物理意义，不会因为病态问题的求解而产生错误的解。
优选的，综合孔径辐射计系统用于星载时，具体为：综合孔径辐射计系 统在地面测量天线方向图时与用于星载位于太空时相比，环境温度变化很大； 环境的变化会引起系统天线阵列中单元天线的天线方向图，为了获得星载系 统的高精度产品，需要对存在的误差进行校正；将综合孔径辐射计系统安装 在星上，能够在轨观测时接收已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM，输出射 频信号，送至接收通道，进行下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字 相关器完成所有接收通道输出信号的自相关和互相关运算，输出可见度函数VM，作为综合孔径辐射计系统的输出。
本发明一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，步骤如 下：
(1)将每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达；优选方 案具体如下：
每个单元天线的天线方向图，优选方案具体为：在球面近场将系统的天 线阵列中心单元几何位置中心放置于球面近场机械臂规定的中心靶点，通过 电扫的方式旋转和移动球面近场的机械臂，与测试时场地提供的基准信号比 较就能获得综合孔径辐射计系统天线阵列每个单元天线的幅度和相位方向 图；对于天线方向图测试的要求：如图3所示，优选方案为：首先以天线阵 列中的中心单元天线作为坐标系的顶点，垂直于天线阵列平面的轴为z轴， 沿阵列方向向右x轴，按照右手法则建立xyz坐标系，定义天线方向图上的 分布点i与原点相连的直线与正z轴的夹角为俯仰角θi，该直线投影到xy 轴的平面上与正x轴的交角为方位角
Figure BDA0002610558170000101
测量得到天线阵列中每个单元天线 的天线方向图为
Figure BDA0002610558170000102
其中θi∈[0:1:180]，
Figure BDA0002610558170000103
每 隔1°取一个值。
由天线原理可知，任意在单位球面上平方可积的函数，都可以由一组球 谐函数的线性组成，即天线方向图
Figure BDA0002610558170000104
优选可以表示为：
Figure BDA0002610558170000105
式中，Cpq为序号pq的分解系数C，Ypq()为序号pq的球谐函数，Ppq()为 序号pq的连带勒让德多项式，q∈R+且-q≤p≤q，q为球谐函数的阶数，将 球谐函数分割成独立的层，p为球谐函数的次数，表示在层中的次数。
(2)根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向 图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；优选方案具体如下：
亮温重构G矩阵大小为M×N维，优选如式(1)：
Figure BDA0002610558170000106
其中，g1(ξ1,η1)为第1行1列元素，对应方位
Figure BDA0002610558170000107
的方向余弦(ξ1,η1)，
Figure BDA00026105581700001011
亮温重构矩阵G矩阵的第m行n列元素表达如下：
Figure BDA0002610558170000108
式中，(xi,yi,zi)为天线阵列中第i个单元天线几何中心位置的坐标， (ξn,ηn)表示方位为
Figure BDA0002610558170000109
的方向余弦坐标；Fi(ξn,ηn)和Fj(ξn,ηn)为单元天线i和j 在方位余弦为(ξn,ηn)的归一化的天线方向图，其中*表示取共轭。
结合天线方向图的球谐函数表达形式，获得亮温重构矩阵元素
Figure BDA00026105581700001010
的球谐函数表达式优选如式(4)：
Figure BDA0002610558170000111
式中，
Figure BDA0002610558170000112
其中(uij,vij)为单元天线i与j 位置差uij＝xi-xj，vij＝yi-yj。
(3)综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合孔径辐 射计观测已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系统输出 可见度函数VM；优选方案具体如下：
综合孔径辐射计系统用于星载时，优选方案具体为：综合孔径辐射计系 统在地面测量天线方向图时与用于星载位于太空时相比，环境温度变化很大； 环境的变化会引起系统天线阵列中单元天线的天线方向图，为了获得星载系 统的高精度产品，需要对存在的误差进行校正；
卫星在轨后，优选方案具体为：辐射计系统的天线阵列在轨观测时接收 已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM，输出射频信号，送至接收通道，进行 下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字相关器完成所有接收通道输出 信号的自相关和互相关运算，输出可见度函数VM，作为综合孔径辐射计系统 的输出。
综合孔径辐射计系统的观测体制表明，观测定标场的辐射亮温与系统输 出的可见度函数满足如式(5)所示的优选关系：
VM＝GTM (5)
(4)在步骤(2)得到的球谐函数的约束下，根据步骤(3)已知亮温 分布的定标场的辐射亮温TM(N×1的列向量)和综合孔径辐射计系统输出 可见度函数VM(M×1的列向量)，得到每组球谐函数的系数C；将每组球谐 函数的系数C，代入步骤(2)中的球谐函数，从而得到更新后的亮温重构 矩阵G。优选方案具体如下：
步骤(2)得到的球谐函数的约束，具体为：若直接通过矩阵求逆的方 法从定标场的辐射亮温TM(N×1的列向量)和系统输出可见度函数VM(M ×1的列向量)，而待求解的亮温重构矩阵G为M×N的矩阵，会由于矩阵 运算的病态问题而导致直接求解的误差较大，甚至求得的解会完全偏离物理 意义，故在求解过程中添加天线方向图在物理意义上的约束，优选如式(6) 所示：
Figure BDA0002610558170000121
根据步骤(3)已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计 系统输出可见度函数VM，得到第i组单元天线球谐函数的C系数Ci(其中 序号为pq的C数据表达为
Figure BDA0002610558170000122
)，具体为：通过对式(6)开展最小二乘法 进行求解，可以获得新的单元天线i天线方向图值为
Figure BDA0002610558170000123
优选如式(7) 所示：
Figure BDA0002610558170000124
由式(7)可得矩阵表达式优选为式(8)：
Figure BDA0002610558170000125
循环迭代球谐函数的阶数q，每次迭代都能获得所有天线的方向图球谐 函数的系数Ci，优选如式(9)所示：
Ci＝Y+x (9)
将第i组球谐函数的系数Ci，联合式(1)和(3)代入步骤(2)中式 (2)的球谐函数，从而得到更新后的亮温重构矩阵G′。
优选的，还包括步骤(5)，对于综合孔径辐射计系统观测未知亮温的 观测场景，利用步骤(4)得到的更新后的亮温重构矩阵G′，将其应用到观 测其他场景时综合孔径辐射计系统输出的可见度函数V，得到观测场景的辐 射亮温T，优选方案具体如下：综合孔径辐射计系统的观测体制表明，观测 场景的辐射亮温与系统输出的可见度函数满足如式(10)所示的关系：
V＝G′T (10)
综合孔径辐射计在轨时，利用更新后的亮温重构矩阵G′，从系统输出的 可见度函数到观测场景的辐射亮温的亮温重构，亮温重构精度实现了提升的 效果，同时也填补了在轨更新亮温重构矩阵的空白，提供了基于综合孔径辐 射计在轨更新亮温重构矩阵的方法。

Claims (10)

1.一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达；
(2)根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；
(3)综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合孔径辐射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM；
(4)在步骤(2)得到的球谐函数的约束下，根据步骤(3)已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球谐函数的系数C；将每组球谐函数的系数C，代入步骤(2)中的球谐函数，从而得到亮温重构矩阵G。
2.根据权利要求1所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，其特征在于：还包括(5)，对于综合孔径辐射计系统未知的观测场景，利用步骤(4)得到的亮温重构矩阵G，以及综合孔径辐射计系统输出的可见度函数V，得到观测场景的辐射亮温T。
3.根据权利要求1所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，其特征在于：在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，而每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达，具体为：单元天线的天线方向图在任何情况下都受到球谐函数的约束，在轨后即使天线方向图发生变化但仍满足球谐函数的表达方式；基于球谐函数的约束，在对天线方向图的球谐函数表达式的系数进行求解，在求解的系数基础上实现在轨更新亮温重构矩阵的目的。
4.根据权利要求1所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，其特征在于：根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G，具体为：在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，基于每个单元天线的天线方向图任何条件下都受到球谐函数的约束，将球谐函数的系数表达式代入亮温重构矩阵，从而达到约束亮温重构矩阵的目的，在此条件下在轨更新的亮温重构矩阵是有物理意义，不会因为病态问题的求解而产生错误的解。
5.根据权利要求1所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的方法，其特征在于：综合孔径辐射计系统用于星载时，具体为：综合孔径辐射计系统在地面测量天线方向图时与用于星载位于太空时相比，环境温度变化很大；环境的变化会引起系统天线阵列中单元天线的天线方向图，为了获得星载系统的高精度产品，需要对存在的误差进行校正；将综合孔径辐射计系统安装在星上，能够在轨观测时接收已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM，输出射频信号，送至接收通道，进行下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字相关器完成所有接收通道输出信号的自相关和互相关运算，输出可见度函数VM，作为综合孔径辐射计系统的输出。
6.一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，其特征在于包括：天线方向图表示模块、亮温重构矩阵表示模块、控制模块、亮温重构矩阵确定模块；
天线方向图表示模块，将每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达；
亮温重构矩阵表示模块，根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G；
控制模块，在综合孔径辐射计系统用于星载时，卫星在轨后，通过综合孔径辐射计翻看已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM时，综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM；
亮温重构矩阵确定模块，在球谐函数的约束下，根据已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM和综合孔径辐射计系统输出可见度函数VM，得到每组球谐函数的系数C；将每组球谐函数的系数C，代入球谐函数，从而得到亮温重构矩阵G。
7.根据权利要求6所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，其特征在于：还包括：辐射亮温确定模块，辐射亮温确定模块对于综合孔径辐射计系统未知的观测场景，利用亮温重构矩阵确定模块得到的亮温重构矩阵G，以及综合孔径辐射计系统输出的可见度函数V，得到观测场景的辐射亮温T。
8.根据权利要求6所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，其特征在于：在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，而每个单元天线的天线方向图F采用一组球谐函数表达，具体为：单元天线的天线方向图在任何情况下都受到球谐函数的约束，在轨后即使天线方向图发生变化但仍满足球谐函数的表达方式；基于球谐函数的约束，在对天线方向图的球谐函数表达式的系数进行求解，在求解的系数基础上实现在轨更新亮温重构矩阵的目的。
9.根据权利要求6所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，其特征在于：根据天线阵列中每个单元天线采用一组球谐函数表达的天线方向图和每个单元天线的位置，表示亮温重构矩阵G，具体为：在轨后，每个单元天线的方向图是亮温重构矩阵的唯一变量，基于每个单元天线的天线方向图任何条件下都受到球谐函数的约束，将球谐函数的系数表达式代入亮温重构矩阵，从而达到约束亮温重构矩阵的目的，在此条件下在轨更新的亮温重构矩阵是有物理意义，不会因为病态问题的求解而产生错误的解。
10.根据权利要求6所述的一种基于综合孔径辐射计在轨更新亮温重构矩阵的系统，其特征在于：综合孔径辐射计系统用于星载时，具体为：综合孔径辐射计系统在地面测量天线方向图时与用于星载位于太空时相比，环境温度变化很大；环境的变化会引起系统天线阵列中单元天线的天线方向图，为了获得星载系统的高精度产品，需要对存在的误差进行校正；将综合孔径辐射计系统安装在星上，能够在轨观测时接收已知亮温分布的定标场的辐射亮温TM，输出射频信号，送至接收通道，进行下变频输出中频信号，送至数字相关器，数字相关器完成所有接收通道输出信号的自相关和互相关运算，输出可见度函数VM，作为综合孔径辐射计系统的输出。
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