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

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【摘要】：綜合孔徑微波輻射計是從上世紀90年代興起的一種被動微波遙感新技術(shù)。和真實孔徑輻射計相比,其最大的特點在于,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系統(tǒng)機理研究的完善,射頻接收機技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的進步,綜合孔徑微波輻射計已逐步走向了實際應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計是綜合孔徑微波輻射計系統(tǒng)研究的一個熱門方向。陣列通過旋轉(zhuǎn)完成分時采樣成像,可進一步提高綜合孔徑微波輻射計的孔徑稀疏比,降低系統(tǒng)硬件復(fù)雜性。圓環(huán)陣列的設(shè)計可保證系統(tǒng)在各方向具有相同長度的最長基線,對于星載綜合孔徑微波輻射計而言,圓環(huán)陣列的設(shè)計易與柱形載荷艙共形,在衛(wèi)星對地面,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)對稱性為旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列的定標與誤差校正提供了很好的便利。本文主要對旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計系統(tǒng)進行研究,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”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,同時提高天線陣列的對稱性和模塊性。對于基于循環(huán)子陣的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列,每一個天線單元在陣列中都有多個冗余備份單元,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”系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。2.“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計”信號傳輸建模分析在“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計”系統(tǒng)中,其接收機毫米波前端采用了平衡放大器的設(shè)計。針對平衡放大器構(gòu)成的二元干涉結(jié)構(gòu),本文進行了具體的信號傳輸模型分析工作,并考慮了平衡放大器的非理想特性對信號傳輸?shù)挠绊�。通過該信號傳輸建模工作,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”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系統(tǒng)仿真軟件,對系統(tǒng)中的各誤差項對最終成像結(jié)果的影響進行了量化分析。建立了基于成像結(jié)果誤差的模塊化誤差評估模型,量化給出各個誤差項對最終成像結(jié)果的影響。從而可根據(jù)系統(tǒng)的整體指標對各模塊及各誤差項進行模塊化指標設(shè)計。4.“旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計”定標與誤差校正系統(tǒng)設(shè)計基于系統(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定標與誤差校正系統(tǒng)的設(shè)計。該定標系統(tǒng)可覆蓋完整的系統(tǒng)信號鏈路,完成對硬件模塊中各項誤差的校正。該定標系統(tǒng)的實現(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。針對綜合孔徑微波輻射計中誤差校正的最重要的兩項誤差: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誤差校正的難點,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相位校正方法。本方法不需要額外的定標硬件設(shè)備,簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),同時可在目標亮溫觀測的同時完成相位誤差校正,不額外占用定標時間。利用已有的旋轉(zhuǎn)圓環(huán)陣列綜合孔徑微波輻射計原理樣機,驗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”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”系統(tǒng)的模塊化設(shè)計工作,另一方面可用于評估集成后系統(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP722.6

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本文編號：1298118