183.31 GHz二单元干涉仪实验研究

干涉综合孔径技术的应用使得辐射计有效解决了实孔径分辨率低、星载天线机械扫描技术困难等一系列问题。183.31 GHz干涉式综合孔径辐射计对于大气水汽的垂直分布探测、强降雨探测以及云中液态含水量探测等具有重要作用,为数值天气预报提供重要参数。以验证183.31 GHz全尺度样机原理功能为目的,研制了183.31 GHz二单元干涉仪,并给出了功能性测试结果。     

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。     

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。     

综合孔径辐射计的接收机结构及单双边带选择

根据I/Q解调实现方式的不同,将综合孔径辐射计接收机的结构分为I/Q下变频及先下变频再I/Q解调两种。分析了综合孔径辐射计在这两种接收机结构下分别选择单、双边带工作模式反演成像时是否会产生镜像干扰。结果表明,只有在综合孔径辐射计接收机为先下变频再I/Q解调结构且选择双边带模式时,系统反演成像会产生镜像干扰,在其它3种情况下皆不会产生;通过频域分析得到镜像干扰产生的原因是接收机在信号处理过程中将射频输入信号的负频分量混叠到中频输出解析信号中。最后,对综合孔径辐射计的单双边带两种工作模式进行了比较,并通过仿真验证了镜像干扰分析结果。     

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。     

二维综合孔径辐射计中的稀疏天线布局

摘要:介绍了二维综合孔径辐射计的成像原理、反演算法和天线优化布局的基本思想,并用模拟退 火算法对两种类型的天线布局做了优化仿真。其一是针对圆形区域内分时旋转的测量方式,根据两 种不同的设计思想得到了两种不同的天线优化布局结果,并对其进行了试验验证;其二是提出了新 型的非规则随机天线布局的方法,并以T形条带区域的天线优化布局为例,对其进行了优化计算 和成像仿真。     

综合孔径辐射计可见度采样测量不确定度估计

现有灵敏度指标在描述经过复杂校正之后的综合孔径辐射计的性能时存在困难。考虑到反演亮温分布与可见度采样的线性关系,提出了一种可见度采样测量不确定度估计方法来衡量综合孔径辐射计性能。首先,根据校正流程建立校正参数与可见度采样之间的数学模型;然后,分别对各校正参数的测量不确定度进行估计;最后,基于上述两项工作估计可见度采样的合成测量不确定度。对于综合孔径辐射计校正,有利于选择合理的校正参数并优化校正流程。     

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。     

一种一维综合孔径微波辐射计的定标方法

综合孔径微波辐射计是被动微波遥感发展的新方向。综合孔径技术利用了以小口径天线阵列合成大的观测口径的技术，解决了在较低频率时天线物理口径要足够大才能得到期望的空间分辨率的严重缺陷。土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水气循环的重要因素。这些参数一般是在L波段范围观测得到，综合孔径辐射计就是减少天线孔径和重量，并最终可以观测反演出这两个参数的一项新兴技术。综合孔径辐射计不同于全功率辐射计，它测量的是视场亮温分布对于天线阵中不同基线长度的可视度函数分量。它的系统主体是稀疏天线阵和多通道相关接收机。在实际应用中，要得到土壤湿度等参数的反演，较高的系统亮温分辨率以及亮温与测量量之间的准确对应是至关重要的，这即是定标工作要完成的任务。定标直接影响微波辐射图解译和判读的准确度，是实现定量化微波遥感的前提。针对一雏综合孔径辐射计系统，给出了一种定标方案。其中分析了天线阵以及多通道相关接收机部分的定标，由得到的矩阵形式的空间频率响应信息推出了亮温图像的反演公式。     

星载一维综合孔径微波辐射计海洋盐度探测任务仿真及外部误差源分析

基于Matlab平台搭建一维综合孔径仿真系统,根据系统的组成结构及工作过程建立模型,主要包括目标场景生成模块、辐射计系统仿真模块和图像重构模块。目标场景生成模块输出天线视在亮温;辐射计系统仿真模块根据综合孔径辐射计测量原理并结合一维天线阵列,生成可见度函数;图像重构模块利用二维天线方向图转换的方法,实现可见度函数到亮温的转换。利用该系统能够仿真太阳和银河在视场中位置的年际变化,评估太阳和银河直射在一年中对系统输出亮温造成的干扰偏差。     

基于Simulink的干涉式微波辐射计系统仿真研究

介绍了通过Matlab/Simulink建立干涉式微波辐射计系统仿真模型的方法。针对干涉式微波辐射计的基本构成单元——二元干涉仪,搭建了仿真模型,通过对辐射计随机噪声测量过程的模拟,实现了单通道全功率测量仿真及双通道干涉测量仿真,在时域范围内实现了对系统测量精度、灵敏度指标的定量化分析。     

星载W波段毫米波辐射计研究

在863-2项目支持下,开展了W波段毫米波辐射计的研究。其工作中心频率为90.5 GHz,带宽为2 GHz,积分时间为200 ms时其系统灵敏度达到0.6 K,线性度优于0.999。这些技术指标基本达到了星载应用的要求。为配合扫描成像研制了两套天线系统,一套为Cassegrain天线,另外一套为二元光学天线,它是利用光学衍射原理制成的位相型Fresnel波带片。二元天线具有设计灵活、加工方便、体积小、重量轻、旁瓣电平低和安装方便等优点。W波段微波辐射计系统在实验室内进
行了扫描成像试验,取得了W波段微波辐射计扫描图像。     

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。     

FY-3A/MWHS辐射传递及冷空偏差修正

为了推进FY-3A/MWHS数据与国外同类载荷遥感数据的同化应用,针对FY-3A/MWHS业务L1数据尝试开展大气吸收通道在轨辐射校验,通过瞬时星下点交叉比对(SNO)方法,完成MWHS与美国NOAA卫星同类载荷AMSU-B轨辐射基准的交叉传递。两个同类载荷遥感数据的对比分析表明:MWHS大气水汽吸收线附近的主探测通道与AMSU-B对应通道天线亮温变化特征一致;以辐射校验为基础,可以将AMSU-B在轨辐射基准传递到MWHS冷空辐射修正量,实现微波探测器在轨辐射基准的归一化。辐射交叉校验技术,为两个同类微波探测器在轨遥感数据的融合应用以及在数值天气预报中多源数据的同化应用奠定了基础。     

星载微波成像仪接收通道的仿真研究

星载微波成像仪接收通道即微波辐射计,是星载微波成像仪的核心部分。对其进行仿真研究的关键和基础是信号处理方法。给出了接收通道各环节的数学模型;采用快速离散富里叶变换处理信号;分析并缓解了由于离散富里叶变换带来的频率分辨率与样本点数之间的矛盾;以全功率微波辐射计为例进行了仿真研究并给出了结果。为进一步实现系统仿真调试和环境仿真调试奠定了基础,并为其它类型微波辐射计的仿真研究提供了借鉴。     

Three-dimensional space-borne synthetic aperture radar (SAR) imaging with multiple pass processing

Three-dimensional (3D) synthetic aperture radar (SAR) imaging via multiple-pass processing is an extension of interferometric SAR imaging. It exploits more than two flight passes to achieve a desired resolution in elevation. In this paper, a novel approach is developed to reconstruct a 3D space-borne SAR image with multiple-pass processing. It involves image registration, phase correction and elevational imaging. An image model matching is developed for multiple image registration, an eigenvector method is proposed for the phase correction and the elevational imaging is conducted using a Fourier transform or a super-resolution method for enhancement of elevational resolution. 3D SAR images are obtained by processing simulated data and real data from the first European Remote Sensing satellite (ERS-1) with the proposed approaches.     

基于图像的虚拟景观漫游

提出一种基于图像的虚拟景观漫游方法。该方法采用全景图和基于图像的动画来建立虚拟环境,用户通过实时图像处理浏览器,可以模拟这两种典型的漫游行为－环绕漫游和贯穿漫游,并且在风景旅游模拟系统（Virtrual-Touring)中实现了这种方法。