【摘要】：在地球微波遙感中,高分辨率的應(yīng)用要求限制了實(shí)孔徑微波輻射計(jì)的應(yīng)用。為了獲得高分辨率的遙感圖像,提出了一種不同體制的微波輻射計(jì)系統(tǒng)一—綜合孔徑微波輻射計(jì)(Aperture Synthesis Radiometers,簡(jiǎn)稱ASR),它采用一序列的小口徑天線組成一個(gè)天線陣來(lái)合成一個(gè)大的物理觀測(cè)口徑。相對(duì)于實(shí)孔徑微波輻射計(jì)而言,綜合孔徑微波輻射計(jì)具有高分辨率、寬視場(chǎng)、無(wú)需掃描即可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)成像的優(yōu)點(diǎn)。在地球微波遙感中,利用星載綜合孔徑微波輻射計(jì)可獲得大尺度的、高分辨率的地球物理參量,比如土壤濕度和海洋鹽度,因此,其具有很好的應(yīng)用前景。然而,綜合孔徑微波輻射計(jì)是以系統(tǒng)復(fù)雜度為代價(jià)換取高分辨成像性能的。由于增加了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜度,從而帶來(lái)了種類繁多的誤差。因此,良好的誤差校正和定標(biāo)是確保綜合孔徑微波輻射計(jì)良好性能的前提。目前,星上誤差校正通常采用內(nèi)部噪聲注入的校正方法。內(nèi)部噪聲注入校正方法具有校正準(zhǔn)確性高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn),但它需要額外的硬件,極大地增加了系統(tǒng)的體積和重量,嚴(yán)重限制了大型星載綜合孔徑微波輻射計(jì)的應(yīng)用;此外,由于是在天線后端注入噪聲,該方法還無(wú)法校正天線誤差。因此,研究一種在保證誤差校正效果的同時(shí)能極大地降低系統(tǒng)的體積和重量的校正方法是本文重要出發(fā)點(diǎn)之一。誤差校正(相對(duì)定標(biāo))后,需要對(duì)綜合孔徑微波輻射計(jì)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定標(biāo),才能獲得定量化的遙感數(shù)據(jù)。定標(biāo)(包含誤差校正)精度是衡量定標(biāo)方法的一個(gè)重要指標(biāo),研究如何提高定標(biāo)精度有利于提高定量化遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量,具有十分重要的意義。此外,由于日益緊張的頻譜資源以及人為因素,射頻干擾嚴(yán)重地影響了微波輻射計(jì)的正常工作及其性能,導(dǎo)致遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量下降,嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致遙感數(shù)據(jù)完全不可用,尤其是在低頻段的(L波段)綜合孔徑微波輻射計(jì)中,比如SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity)。目前,已經(jīng)有很多射頻干擾檢測(cè)與抑制的方法,但是弱的射頻干擾的檢測(cè)依然是一個(gè)難點(diǎn),嚴(yán)重影響后續(xù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量,比如海洋鹽度。為了獲得高質(zhì)量的綜合孔徑微波輻射計(jì)定量化遙感數(shù)據(jù),本文做了如下研究工作：(1)基于接收互耦阻抗方法(the receiving mutual impedance method,簡(jiǎn)稱RMIM)的天線互耦校正。相比于發(fā)射互耦阻抗方法(the conventional mutual impedance method,簡(jiǎn)稱CMIM), RMIM更適合用于描述天線處于接收模式下的天線間互耦效應(yīng)。因此,基于RMIM推導(dǎo)得到了測(cè)量可見(jiàn)度函數(shù)與理想可見(jiàn)度函數(shù)的關(guān)系,并得到基于RMIM去互耦方程。(2)研究接收機(jī)物理溫度不一致對(duì)綜合孔徑微波輻射計(jì)的(天線溫度和可見(jiàn)度函數(shù))的影響�；赟參量網(wǎng)絡(luò)和熱力學(xué)方法分析了天線互耦對(duì)綜合孔徑微波輻射計(jì)影響,包括天線溫度和可見(jiàn)度函數(shù),還詳細(xì)分析了冷空和微波暗室兩種特殊情況下接收機(jī)物理溫度不一致的影響。(3)基于冗余空間和內(nèi)部噪聲注入的聯(lián)合校正方法�；谌哂嗫臻g和內(nèi)部噪聲注入構(gòu)造一個(gè)良態(tài)的定標(biāo)方程,獲得接收機(jī)通道的幅相誤差以及天線臂偏移面誤差,隨后校正測(cè)量的可見(jiàn)度函數(shù)。該方法極大地降低了綜合孔徑微波輻射計(jì)的體積和重量,還能校正天線的異面誤差。(4)研究綜合孔徑微波輻射計(jì)的定標(biāo)(包含誤差校正)精度�；诙�(biāo)可見(jiàn)度函數(shù),推導(dǎo)定標(biāo)精度模型,并詳細(xì)推導(dǎo)了接收機(jī)系統(tǒng)溫度、消條紋函數(shù)原點(diǎn)值和正交校正歸一化相關(guān)系數(shù)的精度；基于定標(biāo)模型,分析影響定標(biāo)精度的因素,研究如何提高定標(biāo)精度的方法。(5)研究一種射頻干擾檢測(cè)算法,并通過(guò)分析歐空局(European Space Agency,簡(jiǎn)稱ESA)提供的SMOS L1-c級(jí)別數(shù)據(jù)來(lái)研究中國(guó)地球的射頻干擾,包括：射頻干擾源的地理位置及發(fā)生率、射頻干擾來(lái)源、隨時(shí)間和方向變化特征。(6)研究基于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(The European Centre for Medium Range Weather Forecasting,簡(jiǎn)稱ECMWF)動(dòng)態(tài)門(mén)限的弱射頻干擾檢測(cè)方法。該方法將ECMWF提供的表層亮溫?cái)?shù)據(jù)作為射頻干擾的判定門(mén)限的參考。該方法相比于之前的固定門(mén)限檢測(cè)方法能夠檢測(cè)和標(biāo)識(shí)出更多的弱射頻干擾。本文提出的基于RMIM的天線互耦校正方法、基于冗余空間和內(nèi)部噪聲注入聯(lián)合校正方法、基于ECMWF動(dòng)態(tài)門(mén)限的弱射頻干擾檢測(cè)算法均經(jīng)過(guò)了嚴(yán)密的理論推導(dǎo)、仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或?qū)崪y(cè)星載數(shù)據(jù)驗(yàn)證；天線接收機(jī)物理溫度不一致的影響和定標(biāo)精度模型均經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的理論推導(dǎo)。研究結(jié)果可為綜合孔徑微波輻射計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、誤差校正和射頻干擾檢測(cè)提供參考。
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【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN015
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本文編號(hào)：2291934