本文關(guān)鍵詞：高穩(wěn)定度干涉式綜合孔徑微波輻射計系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著微波遙感應(yīng)用需求的提高,對星載輻射計提出了越來越高、越來越全面的技術(shù)要求,要求輻射計同時實現(xiàn)高靈敏度、高穩(wěn)定度、高空間分辨率、大視場范圍等多項指標(biāo)。與傳統(tǒng)體制輻射計相比,新體制的干涉式綜合孔徑輻射計在同時實現(xiàn)高空間分辨率及大視場范圍上具有明顯優(yōu)勢,因此成為近年來被動微波遙感領(lǐng)域的一個研究熱點。干涉式綜合孔徑輻射計面臨的一個重要問題是系統(tǒng)復(fù)雜,需要通過復(fù)雜的定標(biāo)方法減小各種誤差,需要系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性才能保證定標(biāo)措施的有效性。綜合孔徑輻射計目前在實現(xiàn)高靈敏度和高穩(wěn)定度方面與人們的需求還有一定距離。主被動聯(lián)合微波成像儀(Microwave imager combined active and passive,MICAP)MICAP是中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心提出的一種星載海洋鹽度微波遙感載荷方案,采用共用拋物柱形反射面天線,利用L波段一維綜合孔徑輻射計觀測海洋鹽度分布;L波段數(shù)字波束形成散射計探測海面粗糙度,改進(jìn)鹽度測量精度。該體制保證了較高的空間分辨率及較寬的刈幅,又避免了系統(tǒng)過于復(fù)雜,還可以集成更多頻率的輻射計,實現(xiàn)海表溫度等輔助數(shù)據(jù)的同步獲取。MICAP的核心儀器是一臺L波段一維綜合孔徑輻射計,采用了一種高穩(wěn)定度實時定標(biāo)綜合孔徑輻射計設(shè)計方案,將高靈敏度、高穩(wěn)定度輻射計接收機(jī)技術(shù)與實時定標(biāo)綜合孔徑輻射計系統(tǒng)架構(gòu)相結(jié)合,可以同時實現(xiàn)高靈敏度、高穩(wěn)定度、高空間分辨率、大視場范圍指標(biāo)。本文基于MICAP的L波段一維綜合孔徑輻射計原理樣機(jī),對這種高穩(wěn)定度干涉式綜合孔徑輻射計系統(tǒng)展開研究。首先,對高穩(wěn)定度干涉式綜合孔徑輻射計的基礎(chǔ):高靈敏度、高穩(wěn)定度輻射計接收機(jī)技術(shù)進(jìn)行了理論和試驗研究。研究了一種兼顧靈敏度和穩(wěn)定性的噪聲注入實時定標(biāo)體制的輻射計接收機(jī),適用于高穩(wěn)定度綜合孔徑輻射計的輻射計單元。推導(dǎo)了噪聲注入實時定標(biāo)式輻射計的靈敏度與穩(wěn)定度計算公式。通過實時定標(biāo)實現(xiàn)高穩(wěn)定度指標(biāo),并研究了一種定標(biāo)數(shù)據(jù)平均技術(shù)以抑制定標(biāo)噪聲,提高靈敏度指標(biāo)。通過頻域分析得到最優(yōu)定標(biāo)數(shù)據(jù)平均時間,并完成輻射計實時定標(biāo)時序與注入噪聲的優(yōu)化。完成了高靈敏度、高穩(wěn)定度輻射計接收機(jī)的研制并完成了長時間穩(wěn)定度試驗,數(shù)據(jù)分析表明可以同時實現(xiàn)高靈敏度和高穩(wěn)定度指標(biāo)。然后,將實時定標(biāo)技術(shù)引入干涉式綜合孔徑輻射計領(lǐng)域,研究了采用實時定標(biāo)技術(shù)的高穩(wěn)定度綜合孔徑輻射計體系架構(gòu)。該架構(gòu)將高靈敏度、高穩(wěn)定度輻射計接收機(jī)技術(shù)與綜合孔徑輻射計實時定標(biāo)技術(shù)相結(jié)合,使綜合孔徑輻射計同時達(dá)到較高的靈敏度和穩(wěn)定度。開展了綜合孔徑輻射計實時定標(biāo)技術(shù)研究,及共拋物柱面天線反射面的一維綜合孔徑輻射計成像技術(shù)研究;推導(dǎo)了一種在數(shù)字相關(guān)到模擬相關(guān)轉(zhuǎn)換中使用三階量化均值進(jìn)行AD偏置校正的方法并應(yīng)用于定標(biāo)中;研究了一種在綜合孔徑輻射計中應(yīng)用直接采樣數(shù)字相關(guān)技術(shù)測量零基線可見度函數(shù)的方法,簡化了綜合孔徑輻射計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。再后,研究了實時定標(biāo)綜合孔徑輻射計靈敏度與穩(wěn)定度指標(biāo)的分析方法,研究了定標(biāo)數(shù)據(jù)平均技術(shù)在實時定標(biāo)綜合孔徑輻射計中的應(yīng)用,及其對系統(tǒng)靈敏度改善的效果。最后,介紹了MICAP的L波段綜合孔徑輻射計原理樣機(jī)的研制過程與驗證試驗。原理樣機(jī)采用了拋物柱形反射面天線、高穩(wěn)定度輻射計接收機(jī)、三階量化數(shù)字相關(guān)、高精度溫控、綜合孔徑輻射計實時定標(biāo)技術(shù)、G矩陣成像技術(shù)等。通過試驗驗證了高穩(wěn)定度干涉式綜合孔徑輻射計的實時定標(biāo)技術(shù)與定標(biāo)數(shù)據(jù)平均技術(shù)的應(yīng)用效果;驗證了原理樣機(jī)的成像能力和靈敏度、穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP722.6

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