高稳定度干涉式综合孔径微波辐射计系统研究

发布时间：2017-12-16 11:04

  本文关键词：高稳定度干涉式综合孔径微波辐射计系统研究

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【摘要】：随着微波遥感应用需求的提高,对星载辐射计提出了越来越高、越来越全面的技术要求,要求辐射计同时实现高灵敏度、高稳定度、高空间分辨率、大视场范围等多项指标。与传统体制辐射计相比,新体制的干涉式综合孔径辐射计在同时实现高空间分辨率及大视场范围上具有明显优势,因此成为近年来被动微波遥感领域的一个研究热点。干涉式综合孔径辐射计面临的一个重要问题是系统复杂,需要通过复杂的定标方法减小各种误差,需要系统具有良好的稳定性才能保证定标措施的有效性。综合孔径辐射计目前在实现高灵敏度和高稳定度方面与人们的需求还有一定距离。主被动联合微波成像仪(Microwave imager combined active and passive,MICAP)MICAP是中国科学院国家空间科学中心提出的一种星载海洋盐度微波遥感载荷方案,采用共用抛物柱形反射面天线,利用L波段一维综合孔径辐射计观测海洋盐度分布;L波段数字波束形成散射计探测海面粗糙度,改进盐度测量精度。该体制保证了较高的空间分辨率及较宽的刈幅,又避免了系统过于复杂,还可以集成更多频率的辐射计,实现海表温度等辅助数据的同步获取。MICAP的核心仪器是一台L波段一维综合孔径辐射计,采用了一种高稳定度实时定标综合孔径辐射计设计方案,将高灵敏度、高稳定度辐射计接收机技术与实时定标综合孔径辐射计系统架构相结合,可以同时实现高灵敏度、高稳定度、高空间分辨率、大视场范围指标。本文基于MICAP的L波段一维综合孔径辐射计原理样机,对这种高稳定度干涉式综合孔径辐射计系统展开研究。首先,对高稳定度干涉式综合孔径辐射计的基础:高灵敏度、高稳定度辐射计接收机技术进行了理论和试验研究。研究了一种兼顾灵敏度和稳定性的噪声注入实时定标体制的辐射计接收机,适用于高稳定度综合孔径辐射计的辐射计单元。推导了噪声注入实时定标式辐射计的灵敏度与稳定度计算公式。通过实时定标实现高稳定度指标,并研究了一种定标数据平均技术以抑制定标噪声,提高灵敏度指标。通过频域分析得到最优定标数据平均时间,并完成辐射计实时定标时序与注入噪声的优化。完成了高灵敏度、高稳定度辐射计接收机的研制并完成了长时间稳定度试验,数据分析表明可以同时实现高灵敏度和高稳定度指标。然后,将实时定标技术引入干涉式综合孔径辐射计领域,研究了采用实时定标技术的高稳定度综合孔径辐射计体系架构。该架构将高灵敏度、高稳定度辐射计接收机技术与综合孔径辐射计实时定标技术相结合,使综合孔径辐射计同时达到较高的灵敏度和稳定度。开展了综合孔径辐射计实时定标技术研究,及共抛物柱面天线反射面的一维综合孔径辐射计成像技术研究;推导了一种在数字相关到模拟相关转换中使用三阶量化均值进行AD偏置校正的方法并应用于定标中;研究了一种在综合孔径辐射计中应用直接采样数字相关技术测量零基线可见度函数的方法,简化了综合孔径辐射计系统结构。再后,研究了实时定标综合孔径辐射计灵敏度与稳定度指标的分析方法,研究了定标数据平均技术在实时定标综合孔径辐射计中的应用,及其对系统灵敏度改善的效果。最后,介绍了MICAP的L波段综合孔径辐射计原理样机的研制过程与验证试验。原理样机采用了抛物柱形反射面天线、高稳定度辐射计接收机、三阶量化数字相关、高精度温控、综合孔径辐射计实时定标技术、G矩阵成像技术等。通过试验验证了高稳定度干涉式综合孔径辐射计的实时定标技术与定标数据平均技术的应用效果;验证了原理样机的成像能力和灵敏度、稳定度等技术指标。
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP722.6

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本文编号：1295768