镜像综合孔径测量中的极化影响分析及应用

发布时间：2021-10-17 04:34

　　突发性气象灾害的巨大破坏性使得世界各国都对极端气候的准确预报提出了非常迫切的需求。该需求重点涉及在地球静止轨道实现对大气温度和湿度的高空间分辨遥感问题。而受限于实孔径微波辐射计和综合孔径微波辐射计各自的技术瓶颈,目前在地球静止轨道还没有能够有效解决空间分辨率的测量方法。针对地球静止轨道气象卫星对大气温度和湿度被动微波遥感的高分辨需求,镜像综合孔径微波辐射测量被提出,其核心思想是利用小型阵列和二维镜像综合孔径原理形成大孔径虚拟天线阵列,通过孔径综合以低的系统复杂度获得高的空间分辨率。该方法经过南昌大学与华中科技大学的联合研究,其基本理论已通过仿真与实验验证,但在研究过程中发现对镜像综合孔径测量中的极化影响尚未进行比较充分的理论分析与实验验证。本文围绕极化问题,分析了电磁波极化对镜像综合孔径相关输出测量的影响,推导了不同极化波在理想介质-理想导体分界面上的反射信号模型以及双天线相关输出的理论公式。针对镜像综合孔径辐射测量中的极化影响,本文采用了南昌大学Ka波段天馈系统搭建35GHz8通道一维/二维阵列镜像综合孔径样机系统,并开展仿真及干涉条纹验证实验。实验结果与理论推导以及仿真结果基本一致... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１?—维镜像综合孔径示意图??由图２．１可知，任意一个天线《，，，均接收到来自目标场景的直射信号和经过??反射面反射的信号

?第２章极化对一维镜像综合孔径微波辐射测量的影响???Ｘ??７?Ｊｆｒ?．?〇■，—〇〇??＇Ｖ：??气彳??媒质１?媒质２??图２．２垂直极化的平面波斜入射到理想导体的平面边界上??所谓垂直极化，即入射波的电场客垂直于如图２．２所示的入射面，此处波??的传播方向：??ｅ，?＝?ｅｖ?ｓｉｎ?＾，?＋?ｅ．?ｃｏｓ?６，?（２．１４）??其中，入射线与边界面法线之间的夹角，称为入射角。ｇ为入射波的位矢??量，分别为沿；ｃ、ｚ方向的单位位矢量。由此可得：??Ｅｔ｛ｘ，ｚ）?＝?－ｆｙＥｉ〇ｅ￣Ｊ＾＾－－＾）?（２．１５）??式（２．１５）中，￥为沿少方向的单位位矢量，￡，？为入射波的电场强度。??对于反射波：??ｅｒ?－?ｅｘ?ｓｉｎ?９ｒ?－?ｅｚ?ｃｏｓ?６ｒ?（２．１６）??其中，ｉ；为反射波的位矢量，見是反射角，且有：??％｛ｘ，ｚ）?＝?ｒｖＥｒｕｅ－ｍｘｓｉａｅｒ＋：ｍｓ０ｒ）?（２．１７）??式（２．１７）中，瓦为反射波的电场，＾为反射波的电场强度。??根据电磁波的边界条件，电场强度的切向分量连续，再结合理想导体内部??不存在电场与磁场，从而得到：??Ｅｒ（Ｘ，Ｚ）?＝?Ｘ（ｍ?＋?Ｅｒ（Ｘ，０）??＝?ｅｙ（Ｅｌ０ｅ－ｊ／１＇ｘｓｍｅ＇?＋Ｅｒｏｅ－Ｍｘｓｉｎ＾）??为了使这一关系式适用于所有的ｘ值，必须有。和Ａ?＝０，即其反射波的??１２??

?第２章极化对一维镜像综合孔径微波辐射测量的影响???电场信号模与入射波相等，但发生了?１８０度反相。因此，对于垂直极化波，结??合式（２．２）中入射信号的表达式，天线接收的反射信号可表示为：??７１??ｂ＼ｔ）?＝?－Ｊ〇２?／３｛９－，ｔ）ｃｏｓ［２ｎｆｃｔ?－ｋｒ＼６）］ｄｅ?（２．１９）??２．２．２平行极化波在理想介质－理想导体分界面上的反射??现在考虑瓦；在入射面内，即平行极化时，均匀平面波倾斜入射到一个理想??导体平面边界上的情况。如下图２．３所示，位矢量＾和ｆ分别表示入射波和反??射波传播方向。眾和瓦都具有ｘ和ｚ方向的分量，而瓦和瓦仅有ｙ方向的分??量。??Ｘ??ｒ?％?４〇〇??ｆ：：：：：：??Ｈ，??媒质１?媒质２??图２．３平行极化的平面波斜入射到理想导体的平面边界上??对于入射波瓦，可有：??％（ｘ，?ｙ）?－?Ｅｌ０ｃｏｓ?６＞，．?－?ｉＴｓｉｎ?６ｉ?（ｊｒｓｉｎ＾?＋ｒｃｏｓ＾｝?（２．２０）??对于反射波瓦？，则有下述表达式：??％（ｘ，ｙ）?＝?Ｅｒｏ｛－７Ｘ?ｃｏｓＧ，?－?ｅＴｓｉｎ６，）?（２．２１）??根据电磁波的边界条件，电场强度的切向分量连续，再结合理想导体内部??不存在电场与磁场，因此在理想导体板表面〇?＝?０）上，对于任何ｘ值，总电场的??切向分量（；＊：分量）必须为零，即￡；（：１：，０）?＋?￡；７（；（：，０）?＝?０，因此有：??（Ｅｉ０?ｃｏｓ?０，?）ｅ￣＾ｘｓｍｅ＇?－?（Ｅｒｏ?ｃｏｓ?Ｂｒ?＝?〇?（２．２２）??１３??


本文编号：3441125