本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)研究

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【摘要】：綜合孔徑微波輻射計(jì)是從上世紀(jì)90年代興起的一種被動(dòng)微波遙感新技術(shù)。和真實(shí)孔徑輻射計(jì)相比,其最大的特點(diǎn)在于,利用小口徑天線單元構(gòu)成的稀疏天線陣列,代替大口徑天線,同時(shí)獲得了更高的空間分辨率。近年來,伴隨著綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)機(jī)理研究的完善,射頻接收機(jī)技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步,綜合孔徑微波輻射計(jì)已逐步走向了實(shí)際應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)是綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)研究的一個(gè)熱門方向。陣列通過旋轉(zhuǎn)完成分時(shí)采樣成像,可進(jìn)一步提高綜合孔徑微波輻射計(jì)的孔徑稀疏比,降低系統(tǒng)硬件復(fù)雜性。圓環(huán)陣列的設(shè)計(jì)可保證系統(tǒng)在各方向具有相同長度的最長基線,對(duì)于星載綜合孔徑微波輻射計(jì)而言,圓環(huán)陣列的設(shè)計(jì)易與柱形載荷艙共形,在衛(wèi)星對(duì)地面,圓環(huán)天線陣列僅占據(jù)一圈圓環(huán)的空間,在圓環(huán)內(nèi)部為其他載荷騰出有效空間,更重要的是,圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性為旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列的定標(biāo)與誤差校正提供了很好的便利。本文主要對(duì)旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行研究,所完成的主要研究工作及成果如下:1.“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”系統(tǒng)架構(gòu)研究基于已有的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)研究基礎(chǔ)。本文提出了一種新的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列形式——基于循環(huán)子陣的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列。該形式的天線陣列,可縮短旋轉(zhuǎn)陣列的成像周期,同時(shí)提高天線陣列的對(duì)稱性和模塊性。對(duì)于基于循環(huán)子陣的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列,每一個(gè)天線單元在陣列中都有多個(gè)冗余備份單元,因此基于循環(huán)子陣的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列具有更高的可靠性。該新型的天線陣列形式為下一代的“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。2.“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”信號(hào)傳輸建模分析在“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”系統(tǒng)中,其接收機(jī)毫米波前端采用了平衡放大器的設(shè)計(jì)。針對(duì)平衡放大器構(gòu)成的二元干涉結(jié)構(gòu),本文進(jìn)行了具體的信號(hào)傳輸模型分析工作,并考慮了平衡放大器的非理想特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊�。通過該信號(hào)傳輸建模工作,可得到,基于平衡放大器結(jié)構(gòu)干涉測量單元,其實(shí)際系統(tǒng)輸出結(jié)果和理想干涉測量單元結(jié)果的關(guān)系。3.“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”系統(tǒng)誤差分析通過旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)系統(tǒng)仿真軟件,對(duì)系統(tǒng)中的各誤差項(xiàng)對(duì)最終成像結(jié)果的影響進(jìn)行了量化分析。建立了基于成像結(jié)果誤差的模塊化誤差評(píng)估模型,量化給出各個(gè)誤差項(xiàng)對(duì)最終成像結(jié)果的影響。從而可根據(jù)系統(tǒng)的整體指標(biāo)對(duì)各模塊及各誤差項(xiàng)進(jìn)行模塊化指標(biāo)設(shè)計(jì)。4.“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”定標(biāo)與誤差校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)的模塊化誤差分析結(jié)果,完成了旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)定標(biāo)與誤差校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該定標(biāo)系統(tǒng)可覆蓋完整的系統(tǒng)信號(hào)鏈路,完成對(duì)硬件模塊中各項(xiàng)誤差的校正。該定標(biāo)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列的天線陣列模式結(jié)合在一起的。針對(duì)綜合孔徑微波輻射計(jì)中誤差校正的最重要的兩項(xiàng)誤差:幅度誤差和相位誤差。幅度誤差的校正利用了旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列的陣列對(duì)稱性。相位誤差的校正利用了陣列旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的冗余測量信息,從而設(shè)計(jì)完成了相位自校正算法。相位誤差校正是綜合孔徑微波輻射計(jì)誤差校正的難點(diǎn),該相位自校正算法是本文提出的一種新型的綜合孔徑微波輻射計(jì)相位校正方法。本方法不需要額外的定標(biāo)硬件設(shè)備,簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),同時(shí)可在目標(biāo)亮溫觀測的同時(shí)完成相位誤差校正,不額外占用定標(biāo)時(shí)間。利用已有的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)原理樣機(jī),驗(yàn)證了該相位自校正算法的有效性。通過完成“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”系統(tǒng)誤差分析與誤差校正的工作,可得到系統(tǒng)最終成像結(jié)果的定標(biāo)誤差與系統(tǒng)中各模塊性能參數(shù)間的關(guān)系。該研究一方面可用于指導(dǎo)“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計(jì)”系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)工作,另一方面可用于評(píng)估集成后系統(tǒng)的整體性能。
【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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP722.6

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