综合孔径微波辐射计的技术发展及其应用展望

介绍了综合孔径微波辐射计成像的基本原理, 回顾了干涉式综合孔径技术在过去十余年间的发展历程, 较详细地介绍并分析了目前世界上已有或在研的综合孔径微波辐射计系统, 其中包括美国的ESTAR 及其2D2STAR , GeoSTAR 计划, 欧空局SMO S 计划上的主载荷MIRAS, 芬兰赫尔辛基技术大学的HUT 22D, 以及中科院空间中心研制的C 波段及X 波段综合孔径微波辐射计等。最后, 对干涉式综合孔径技术的应用前景作了简要介绍与展望。     

地基三通道微波辐射计的一种定标方法

理论计算和实际观测都表明：地基三通道微波辐射计测得的亮温ＴＢ有很大的相关性，即在晴天稳定天气条件下，某一通道ＴＢ可用另外两通道ＴＢ的线性组合很精确地表达。根据这一特性，为地基三通道微波辐射计的定标提出了一种新方法，而且在理论上及数值试验都证明了新方法的可行性。     

一种恢复综合孔径微波辐射计展源图像的CLEAN算法

CLEAN算法在处理对象是点源时,即使系统噪声很大,恢复点源图像的效果仍然比较理想,且思想简单、易于实现,因此在综合孔径微波辐射计点源图像的恢复中得到了广泛的应用和发展.但当处理对象是展源时,该算法恢复的辐射计图像存在着条纹现象.借鉴最大熵图像复原算法的约束思想,提出了一种改进的CLEAN算法.仿真结果表明,图像质量得到了进一步改善.     

微波辐射计定标噪声源

对电阻、饱和二极管、固态二极管、气体放电管、碰撞雪崩渡越时间二极管、黑体、场效应管及有源电路等人造噪声源进行了理论分析，对其输出的噪声温度及适用频率范围进行了分析总结。对宇宙背景、月亮和太阳及行星等自然噪声源做了简单介绍     

一种新型微波辐射计的仿真研究

本文对一种以全功率微波辐射计为基础的新型微波辐射计———数字增益自动补偿微波辐射计进行了仿真研究。建立了微波辐射计系统各环节的数学模型并以此进行了仿真试验。仿真结果不仅证明了所建立的数学模型准确有效,而且为优化系统设计提供了重要参考,同时也为进一步实现星载环境仿真调试奠定了基础。     

微波辐射计定标

对微波辐射计的两种定标方法进行了介绍,即分步定标法和整体定标法。分步定标法需要测量的中间参数较多,故误差来源多,定标精度低。整体定标一次完成,没有中间环节,因此定标精度较高,缺点是要求有一个提供给天线的准确、可靠的噪声环境,成本较高。本文在现有的实验条件下,分别对５．４ＧＨｚ和３７ＧＨｚ微波辐射计进行了整体定标和接收机定标,并对定标结果进行了对比。     

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。     

星载周期定标微波辐射计外部定标负载尺寸与位置的确定

本文从各个方面论述了选用ＳＳＭ／Ｉ方式周期定标的星载微波辐射计外部定标负载尺寸与位置的考虑。并对即将装载于ＦＹ－３气象卫星上的微波辐射计其热定标负载尺寸、位置进行了分析计算，得出定标负载应距馈源高１０ｃｍ左右，单边尺寸为１２～１６ｃｍ的结论     

星载微波辐射计定标热源研究

介绍了应用频率在10-90GHz波段的星载微波辐射计定标热源的结构及其功能;论述了定标热源微波吸收材料选择、吸收体结构设计、热设计及温度测控等技术与方法;给出了定标热源吸收率和温度特性测试结果。地面和在轨运行均表明,该定标热源满足星载微波辐射计设计要求。     

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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L波段合成孔径微波辐射计机理及原理性实验

简要介绍了被动微波遥感在低频波段上的应用和孔径合成方法提高空间分辨率的原理,完成了双通道相关干涉辐射计原理样机的设计与研制,对系统的互相关处理功能进行了原理性实验。结果表明,系统将双通道之间的相位差完整地复现出来,解决了孔径合成技术中互相关处理这一关键技术。     

综合孔径微波辐射计及其反演成像

介绍了综合孔径微波辐射计的基本思想,以及对地观测的综合孔径微波辐射计与综合孔径射电天文望远镜的区别。给出了综合孔径微波辐射计任意基线干涉测量的可见度函数与基线参数的关系,推导了可见度函数的一般表达式和综合孔径微波辐射计亮度温度反演的一般函数空间表示。给出了亮度温度反演的数值算法和算例。     

小波离散点插值处理在综合孔径微波辐射计中的应用

土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水体循环的重要因素,但是对土壤湿度和海水盐度的测量都需要较低的微波测量频率,这时天线孔径和空间分辨率的矛盾就更加突出,而应用综合孔径微波辐射计就是在减小天线孔径和重量的前提下提高空间分辨率的一项新兴的被动微波遥感技术。综合孔径微波辐射计测量的是视场范围内亮温分布对于天线阵中不同基线的干涉天线单元之间的可见度函数分量,根据测得的可见度函数可以反演得到亮温图像。在综合孔径微波辐射计设计中,天线阵列设计和成像反演算法是两项关键技术。提出一种基于小波变换的离散点插值方法,它对二维综合孔径微波辐射计的Fourier成像反演算法进行了修正处理。     

合成孔径辐射计24通道数字相关器设计

针对合成孔径辐射计中存在的相关器单元过于复杂、不易于星载应用的问题,提出了一种新型数字相关系统设计方法。利用新一代大规模可编程门阵列FPGA\|Virtex5和12片高速四通道的模数转换器AD9287实现了24个极化通道在100MHz采样率下的复相关运算,量化精度为8 bit。详细介绍了系统结构、接口电路和软件实现,解决了合成孔径辐射计相关系统体积、功耗和硬件复杂程度过大的问题。     

星载毫米波辐射计地面定标实验

对CE-1(嫦娥一号)卫星有效载荷微波探测仪初样样机8 mm微波辐射计进行了地面定标实验。测量了接收机的线性度和灵敏度;建立了射频前端微波辐射传输模型;应用该模型并结合测试结果,建立了失配条件下辐射计天线温度的定标方程。实验结果表明,接收机线性度为0.9999,灵敏度为0.17 K,定标误差小于0.85 K。为CE-1正样样机的研制以及科学目标的实现提供了定标参考。     

Design of Distributed High Speed Data Acquisition System in Synthetic Aperture Radiometer

With the increasing demand of synthetic aperture radiometer for high resolution, the scale of signal acquisition channels has risen rapidly, reaching tens or even hundreds of channels. In this paper, a distributed signal sampling and processing system is proposed. At the same time, a high-speed data acquisition and transmission network based on distributed correlation system is designed, with 24 channels and 60 Msps sampling rate. On the hardware, a clock link is designed based on Distributed Multi-level distribution to realize digital synchronous sampling, and the test results show that the phase delay between channels is less than 1.5 degrees. In order to realize the high-speed optical fiber link between the multi-digital sampling array and the back-end correlation units, the Racket I/O transceiver built in the FPGA is used as the physical layer, and the test results show that the bit error rate is lower than 10^-7.The system has high stability and reliability, and is suitable for requirements of large-scale synthetic aperture radiometers.     

综合孔径辐射计的分布式高速数采设计

随着综合孔径辐射计对高分辨率的需求提高,信号采集通道规模迅速上升,达到数十路甚至数百路。由此提出一种分布式信号采样及处理系统,同时设计了基于分布式相关系统的高速数据采集传输网络,通道数24路,采样率60 Msps。硬件上基于分布式多级分发的思路设计了时钟链路以实现数字同步采样,经测试通道间相位延迟小于1.5°;以FPGA内置的Rocket I/O收发器为物理层,实现多数字采样阵面与后端相关单元间的高速光纤链路,结果显示误码率低于10^-7。该系统稳定性高、可靠性强,能满足大规模综合孔径辐射计的需求。     

机载综合孔径辐射计图像和光学图像融合及评价

微波辐射计图像可以很直观的反映地表亮温,但其分辨率不高且图像地物的几何外形不明显等缺点给研究带来诸多不便。现有一些光学图像与之相比,具有分辨率高,几何外形更清晰等优点。如何有效利用光学图像的信息来研究辐射计图像是一件有意义的课题。采用IHS方法、PCA方法、小波方法对机载综合孔径微波辐射计图像和Landsat ETM+图像进行融合。从对实验结果定量和定性的分析表明小波融合方法更具潜力。融合结果中可以看出在多光谱图像中表达相似的地物,可 以很快的在图像中分辨出来。结果图像基本上保持了辐射计图像的辐射特性,并且融合了光学图像的不同地物的光谱信息,为在辐射计图像上对大区域地物的解译和分析带来方便。