23.8GHz数字相关型全极化微波辐射计的定标及其影响分析

为实现全极化微波辐射计对海面风场的高精度测量,不但需要特殊的全极化定标基准,同时需要高稳定性的接收机系统。恒温控制是提高系统稳定性简单有效的途径之一。基于23.8GHz的数字相关型全极化微波辐射计,考虑温度对于定标的影响,采用特殊的温控方案,设计出一套恒温控制系统,使辐射计工作在一种稳定的状态下。实验结果表明:通过恒温控制可以使辐射计工作维持在一种稳定的状态,从而可以简化定标过程,延长定标周期,同时保证定标精度的要求。     

X波段全极化微波辐射计的计算机仿真

全极化微波辐射计是未来星载遥感海面风场的重要微波遥感仪器,可为短期天气预报、气候学和海洋学研究提供重要的有价值信息,利用软件平台对全极化辐射计进行计算机仿真对于系统设计和全极化定标技术仿真验证具有重要的意义。对X波段相关型全极化微波辐射计进行了计算机仿真,基于ADS软件平台建立了相关型全极化微波辐射计系统仿真模型,对仿真模型有效性进行了验证,并在仿真模型基础上对全极化定标技术进行了仿真验证。结果表明仿真模型准确有效,可为系统设计和全极化定标仿真验证提供参考。     

全极化微波信号海面风场反演技术现状与发展趋势

全极化微波辐射计是一种新型的被动微波遥感仪器,可以测量海面辐射的全部4个Stokes参数,提供了测量海面风场的一种新方法。首先介绍了国内外先进微波辐射计的技术特点及其海洋遥感应用情况,然后描述了海面微波发射信号的变化机理,以及海面全极化信号的风向谐波特征及其反演海面风场的优势,归纳了全极化微波信号海面风场反演的总体技术思路和产品精度,最后分析了全极化微波辐射计风场反演的关键技术和难点,并对该项技术的发展进行了展望。     

全极化微波辐射计与传统微波辐射计星上定标方法比较分析

高精度星上定标是辐射计测量数据稳定可靠的关键。概述了传统微波辐射计两点定标方案和全极化微波辐射计星上定标的特点,对已提出的3种全极化定标方案应用于星上定标的可行性展开初步分析,并针对传统辐射计和全极化辐射计星上定标方案的差异,从定标方程、定标误差和定标精度3方面进行了对比分析。
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一种基于海面背景的WindSat极化通道替代定标方法研究

凭借能够测量海面辐射全部4个Stokes参数的能力,全极化微波辐射计成为测量海面风场的一种新手段。由于风向信号仅仅只有几K甚至更小的振幅,故对全极化微波辐射计极化通道的定标精度要求颇高。使用WindSat实测亮温及其海面参数匹配数据集,基于海面风向信号的谐波特征,对WindSat极化通道亮温的定标偏差和仪器噪声进行了计算和分析。研究结果表明:WindSat的10.7、18.7和37.0 GHz这3个频率的极化通道均存在明显的定标偏差,并且该定标偏差会随着升轨和降轨、前向刈幅和后向刈幅等不同观测模态发生变化。另外,WindSat极化通道的仪器噪声较小,其中T3的仪器噪声在0.2 K以内,T4的仪器噪声在0.1 K以内。     

全极化微波辐射计中5 GHz带宽数字相关器设计

为测得反演海洋风场所需的全部4个Stokes参数,全极化微波辐射计采用多路相关技术,对水平和垂直极化信号进行自相关和互相关处理,是一种全新的微波遥感系统。数字相关器是全极化辐射计的核心部件。详细介绍了一种高速新型数字相关器的设计。4片高速A/D转换器采样4路信号并外接多路复用模块实现高速数据流的降速,然后通过Xilinx公司新一代的FPGA\|Vertex5芯片作相关运算,将相关结果实时传输至上位机。提出的新型数字相关器可以实现系统最高5 GHz带宽的数据处理。     

全极化微波辐射计扫描目标成像方法研究

微波辐射计是被动遥感仪器,对人体无害,这使其对人体辐射信息成像具有很大的优势。全极化微波辐射计可以通过测量目标的4个Stokes参数得到目标的全部极化信息,这对人体亮度温度分布的测量和分析是一种有效的补充,使全极化辐射计在医学方面的应用成为可能。基于上位机软件控制的二维扫描平台,设计出一套软件控制与成像方法,控制全极化辐射计对目标进行平面扫描,得到目标的辐射亮温图像。使用37GHz的全极化辐射计进行在近场条件下的人体扫描成像实验,得到了T_v、T_h、T_3、T_44个通道的人体量温图像,验证了全极化微波辐射计扫描人体成像方案的可行性。     

一种针对Windsat极化辐射计的海面风场反演方法

星载极化微波辐射计(Windsat)是美国于2003年1月6日发射的全球第一颗星载极化微波辐射计卫星,目的是为了验证极化辐射计在卫星上遥感海面风场的能力。针对Windsat在轨运行期间的数据,研究了风场反演的海洋和大气算法,进行了全球海面风场的反演,同时反演出其它地球物理参数。最后利用同步的其它数据对反演结果进行了验证。本文在极化辐射计风场反演方法和算法研究方面做了初步的尝试。     

全极化微波辐射计中数字相关器的误差分析

全极化微波辐射计是测量目标微波辐射特性的被动式遥感器,它是在传统的微波辐射计基础之上对幅度、频率和相位等极化信息的全部提取技术。数字相关器是利用高速模数转换器以及可编程逻辑器件FPGA实现对水平和垂直通路信号量化处理和相关运算。相比模拟相关器,数字相关器有高带宽和避免受到直流干扰的优点,但是在量化过程中也引入了量化误差。分析了空间中心研制的数字相关型全极化微波辐射计系统中8 bit量化对量化前后相关系数的影响。通过确定合适的A/D量化阈值,确保数字相关器的误差对辐射计系统的影响最小,并通过建模仿真验证了分析结论的可靠性。结果表明项目研制的8 bit数字相关器的量化误差对系统误差的引入量是可以忽略的。     

车载多频率微波辐射计与观测数据应用

地基微波辐射计是被动微波遥感研究中进行地面实验的核心仪器。了解辐射计的观测原理以及实验方法对实验的设计和数据的分析具有重要意义。2007年遥感科学国家重点实验室购置了车载多频率微波辐射计,自仪器投入使用以来,获取了多种典型地表的微波辐射测量数据。基于车载多波段微波辐射计开展的地面观测实验为被动微波遥感地表参数反演算法的发展、辐射传输模型的验证等研究提供了重要的数据支持。详细介绍了车载多频率微波辐射计的配置、观测原理和定标方法,并结合地面实验,介绍了利用车载多频率微波辐射计进行实验的方法及数据的处理与应用。该研究对地基微波辐射计观测实验的设计与实施以及对辐射计数据的分析和使用有重要的参考价值。     

星载全极化微波辐射计海面风向反演仿真研究

全极化微波辐射计是一种可以测量海面辐射全部4个Stokes参数的新型被动遥感仪器,是测量海面风场、尤其是海面风向的新手段。介绍了国际首台全极化微波辐射计WindSat的海面风向信号谐波特征,在分析风向反演180°模糊度现象的成因基础之上,提出了利用WindSat能够进行前-后向双视扫描的优势去除风向反演180°模糊度问题的思路;通过构建海面风场仿真场景,在WindSat模拟亮温数据中加入高斯白噪声后,使用最大似然估计法和中值滤波技术开展了海面风向反演。比较和分析了使用WindSat前向刈幅和WindSat前-后向刈幅观测数据的风向反演结果。结果表明:由于能够有效去除风向反演180°模糊度,使用前-后向刈幅观测数据的风向反演精度要明显优于仅仅使用前向刈幅的反演结果。     

一种适用于WindSat的地理定位方法

星载全极化微波辐射计WindSat为海面风场的被动微波遥感提供了有效的手段。WindSat亮温需要经过地理定位才能形成包含目标位置信息的有效物理量。地理定位是辐射计数据预处理的重要环节。针对WindSat圆锥扫描方式,将Patt94定位算法进行修改,应用于WindSat地理定位中。详述了定位的计算过程,给出了定位结果,讨论了误差分析方法。通过模拟WindSat轨道,对可能的定位误差来源展开分析,着重分析了辐射计姿态误差、扫描方位误差对定位的影响。最后,就辐射计姿态校正进行了讨论。     

极化合成孔径雷达测量海浪的研究

描述了极化合成孔径雷达海浪成像过程。提出了一种极化雷达反演海浪方向谱的方法,该方法利用合成孔径雷达图像谱与海浪方向谱之间简单的线性关系和最优方法反演得到海浪方向谱,并将结果与现场资料进行了比较。经过对同一海区机载雷达P、L、C 3个波段的图像进行反演,其方向谱相当一致,而且有效波高和波向与实测数据吻合相当好。     

3 GHz带宽数字相关器设计

为完成四个Stokes矢量参数的测量,反演海面风场,提出了数字极化辐射计中3 GHz带宽数字相关器的设计方法。首先分析了高速数据采样和相关处理系统。四路信号数据采样通过四片A/D转换器（ADC083000）完成,采样结果传输到Xilinx公司新一代现场可编程门阵列（FPGA）-Virtex5芯片作数据的多路复用和相关运算,相关结果通过串口上传到计算机。详细介绍了系统结构、数据流程和各部分接口电路的设计。系统可以实现辐射计中双极化通道8 bit量化3 GHz带宽的相关计算。