星载综合孔径微波辐射计冗余空间定标方法研究

星载综合孔径微波辐射计系统为了实现更好的辐射测量性能,在地面对通道间剩余相位通过相位定标实验进行测量,其结果用于亮温重构时对通道间剩余相位进行补偿。冗余空间定标方法基于自身阵列冗余基线信息,该方法无需额外资源支持即可对星载综合孔径微波辐射计系统定标,可作为一种在轨的验证方案对系统综合孔径微波辐射计系统通道间剩余相位进行评估。系统性的介绍了基于星载综合孔径微波辐射计系统观测到的场景,冗余空间定标方法以及对平坦场景提出利用模拟的平坦目标响应相位修正的方法,可在点源场景、平坦场景下利用冗余空间定标方法求解通道间剩余相位,并结合仿真验证该方法的可行性。

综合孔径微波辐射计信道误差分析与标定

本文首先建立了综合孔径微波辐射计的信道模型 ,在此基础上分析了信道的幅度相位不平衡以及信道间串扰对反演亮温的影响 ,并给出了系统仿真结果 .本文还提出了一种新的系统定标方案 ,与传统定标方法相比 ,该方法可以非常方便的获取高精度的系统调制G矩阵用于亮温反演 .

综合孔径微波辐射计的技术发展及其应用展望

介绍了综合孔径微波辐射计成像的基本原理,回顾了干涉式综合孔径技术在过去十余年间的发展历程,较详细地介绍并分析了目前世界上已有或在研的综合孔径微波辐射计系统,其中包括美国的ESTAR及其2D-STAR,GeoSTAR计划,欧空局SMOS计划上的主载荷MIRAS,芬兰赫尔辛基技术大学的HUT-2D,以及中科院空间中心研制的C波段及X波段综合孔径微波辐射计等。最后,对干涉式综合孔径技术的应用前景作了简要介绍与展望。

综合孔径微波辐射计及其反演成像

介绍了综合孔径微波辐射计的基本思想 ,以及对地观测的综合孔径微波辐射计与综合孔径射电天文望远镜的区别。给出了综合孔径微波辐射计任意基线干涉测量的可见度函数与基线参数的关系 ,推导了可见度函数的一般表达式和综合孔径微波辐射计亮度温度反演的一般函数空间表示。

二维综合孔径微波辐射计误差分析

北航电磁工程实验室已经研制出的一套工作于8mm波段(34.07GHz)的10天线二维综合孔径微波辐射成像系统BHU-2D,其原理样机采用T形阵列。对其采用相关/不相关噪声注入法进行误差分析,实验结果表明:相关偏置的主要原因是采集板量化前的互相耦合;通道间相位不平衡误差为-53.89度,当积分时间为0.2秒时,其起伏不大于0.18度;由于采用数字解调,IQ非正交误差很小,可以忽略其影响,同时拟合出了条纹洗涤函数。

综合孔径微波辐射计天线与信道模型仿真

首先建立用于微波被动遥感的一维综合孔径微波辐射计的理想信道仿真模型,在此基础上通过分析单元天线方向图的不一致、信道的幅度相位不平衡与信道间串扰对反演亮温的影响来对综合孔径微波辐射计的天线和信道部分的误差进行分析,并建立系统仿真模型。建立的仿真模型所反演的目标亮温能够更真实地反映被观测目标的实际情况。

二维综合孔径微波辐射计圆环结构天线阵及其稀疏方法

本文介绍了圆环天线阵二维综合孔径微波辐射计的测量原理和反演算法,并通过模拟退火算法讨论了两种二维综合孔径微波辐射计圆环阵的稀疏方案,一种方案利用天线旋转,在半圆周上稀疏天线;另一种方案通过将空间频率采样点的均匀分布作为优化的约束条件,在全圆周上稀疏天线.结果显示两种设计较传统设计均有改进之处.对于半圆周天线而言,在积分时间允许的条件下,通过天线旋转与分时测量,天线阵可进一步稀疏.对于全圆周天线而言,与Y形天线阵结构相比,在同样的空间频率覆盖范围内,全圆周天线阵使天线单元数达到了最优.

被动微波遥感技术的新发展——综合孔径微波辐射计和全极化参量微波辐射计

介绍了被动微波遥感的两个新的技术—综合孔径微波辐射计和全极化参量微波辐射计。综合孔径微波辐射计采用干涉测量技术 ,用小天线的干涉基线组合合成大孔径天线的思想 ,提高被动微波遥感的空间分辨率 ,并实现视场范围的数字成像 ;全极化参量微波辐射计是一种新的微波遥感参数的探测技术 ,它测量目标微波辐射的全部 4个 Stokes极化参量 ,对于表面粗糙度各向异性特性的探测和目标的分类与识别具有很好的前景。

海洋遥感综合孔径微波辐射计系统误差的降低

被动微波遥感是海洋遥感的一项重要手段,可以测量一些重要的海洋参数,如海表面盐度、海表面风矢量等。综合孔径微波辐射计是目前被动微波遥感领域的一个研究热点。然而,由于综合孔径辐射计在空间频率上只能覆盖有限的带宽,无法获取观测目标的高频分量,所以即使不存在G矩阵误差和辐射噪声情况下,依然存在固有的系统误差。针对固有的系统误差,提出了一种系统误差降低方法应用于FPIR系统中。仿真结果表明：该方法能够有效降低FPIR系统误差,获取高精确度的亮温数据以满足测量海表面盐度和海表面风矢量等应用需求。

综合孔径微波辐射计信道误差补偿研究

在一维综合孔径微波辐射计的理想信道仿真模型基础上对接收机信道的非理想特性进行分析并建立仿真模型,该模型包含了信道间的串扰、不平衡度、乘法器前端输入失衡等多种误差因素,最后从相位误差和系统噪声对干涉相关测量产生的贡献入手,提出有效抑制误差的亮温补偿方法,进而得到更接近真实亮温分布的反演结果。

小波离散点插值处理在综合孔径微波辐射计中的应用

土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水体循环的重要因素,但是对土壤湿度和海水盐度的测量都需要较低的微波测量频率,这时天线孔径和空间分辨率的矛盾就更加突出,而应用综合孔径微波辐射计就是在减小天线孔径和重量的前提下提高空间分辨率的一项新兴的被动微波遥感技术。综合孔径微波辐射计测量的是视场范围内亮温分布对于天线阵中不同基线的干涉天线单元之间的可见度函数分量,根据测得的可见度函数可以反演得到亮温图像。在综合孔径微波辐射计设计中,天线阵列设计和成像反演算法是两项关键技术。提出一种基于小波变换的离散点插值方法,它对二维综合孔径微波辐射计的Fourier成像反演算法进行了修正处理。

X波段二维综合孔径微波辐射计试验系统研究

对中国空间技术研究院西安分院研制的X波段二维综合孔径微波辐射计的试验系统进行了研究。首先介绍了国内外综合孔径微波辐射计样机的发展概况,并阐述了综合孔径微波辐射系统的基本原理,接着从天线、接收机、数字相关器和图像反演四方面介绍了此套X波段二维综合孔径微波辐射计试验系统的构成与机理,之后利用该套设备进行外场试验并对噪声点源、建筑物大楼与近场人物分别进行观测成像,最后对成像结果与系统性能进行了分析。分析表明该系统具有良好的性能,可以完成初步成像要求。

综合孔径微波辐射计的发展与应用展望

本文简单介绍了综合孔径成像的基本原理, 国内外干涉式综合孔径辐射计的发展现状, 包括美国ES？RAR, 欧空局SMOS卫星的主载荷MIRAS, 中科院CASC/X, 北京航空航天大学的BHU-2D, 中科院GIM等, 并对干涉式综合孔径辐射计的发展进行了总结与展望.

基于一维综合孔径微波辐射计的大气海洋环境参数敏感性分析

相比于实孔径微波辐射计,一维综合孔径微波辐射计具有高空间分辨率和多入射角观测特点。本文提出采用观测频率为6.9,10.65,18.7,23.8和36.5 GHz,且入射角范围为0°~65°的一维综合孔径微波辐射计遥感大气海洋环境要素。基于构建的微波大气海洋辐射传输正演模型,分析了辐射计亮温对大气海洋环境要素的敏感性,为辐射计关键指标确定和大气海洋环境要素反演算法设计提供技术支撑。结果表明:一维综合孔径微波辐射计的垂直和水平极化亮温对大气海洋环境要素的敏感性表现出不同特性,且敏感性随入射角的改变而变化显著;6.9和10.65 GHz对海面温度的敏感性较大,且随着入射角的增大,垂直极化亮温的敏感性增大,水平极化亮温的敏感性减小;10.65和18.7 GHz对海面风速的敏感性相对较大,且敏感性最大的风速区间位于10~20 m/s;23.8 GHz对大气水汽含量最敏感,且水汽含量较低、入射角较大时,敏感性越大;36.5 GHz对云液态水含量最敏感,随着入射角的增大,垂直极化亮温的敏感性减小,水平极化的敏感性增大,但两者均在液态水含量较小时表现出较大的敏感性。

一维综合孔径微波辐射计海温反演精度研究

星载一维综合孔径微波辐射计(1D-ASMR)利用天线阵代替传统辐射计的大天线,具有高空间分辨率和多入射角观测特点,是未来海温遥感的重要载荷。为评估1D-ASMR亮温测量误差EM_(b)对海温反演精度的影响以及为卫星系统的设计提供依据,文中构建了1D-ASMR亮温仿真模型,采用多元线性回归算法(Multiple Linear Regression,MLR),定量研究了1D-ASMR海面温度反演误差随入射角和EM_(b)的变化规律。其中,该1D-ASMR工作频点为6.9 GHz、10.65 GHz、18.7 GHz、23.8 GHz和36.5 GHz,极化方式为水平极化和垂直极化,入射角范围为0°~65°,EM_(b)范围为0~1 K。结果表明:海面温度反演误差随入射角的变化趋势受EM_(b)的影响,大入射角对应的反演误差低于小入射角。采用控制变量法,分别研究不同频点EM_(b)对海面温度反演的影响,可得:在同一入射角下,反演误差会随着各个频点EM_(b)的增大而增大,但当EM_(b)的大小超过0.5 K时,反演误差随着EM_(b)的增大而增大的趋势会明显减缓且6.9 GHz的EM_(b)对海温反演误差的影响最大。

通道间串扰对一维综合孔径微波辐射计反演亮温的影响分析

在一维综合孔径辐射计系统中,接收机通道间串扰的存在会引起干涉测量结果的改变,从而引起反演成像结果变差。本文设计 了一维综合孔径微波辐射计理想通道仿真系统,给定点源天空场景和点源阶梯场景,给出通道间串扰引入方案,通过仿真得到接收通道间 串扰服从均匀分布时对反演亮温的影响, 能对系统的优化设计起到理论指导作用。

基于微分进化算法的综合孔径辐射计圆阵优化

依据二维综合孔径微波辐射计的反演成像原理及天线阵列分布的基本思想,引入微分进化算法优化设计圆周天线阵列分布。以阵列最小冗余及空间频率采样点均匀分布距离最大化为目标函数,得到了16～40个天线单元二维圆周阵列的优化分布结果。与常用的模拟退火算法相比,该算法的优化结果更优,计算时间更短。

L波段数字相关综合孔径辐射计的研制

进行了L波段双通道数字相关综合孔径辐射计原理样机的研制,论述了样机系统的结构与设计.综合孔径辐射计的工作原理是通过测量目标场景亮温的空间频域分布,再对其反演得到场景的亮温分布,其基础是干涉测量.使用1.4 GHz的噪声源和模拟移相器,通过对系统输出进行数字互相关处理,进行了样机系统的干涉测量原理性实验.实验结果表明:系统可将双通道之间的相位差完整地测量出来,解决了综合孔径干涉式辐射计技术中的数字互相关处理这一关键技术.

基于先验信息的综合孔径辐射计误差校正方法

误差会严重影响综合孔径微波辐射计的成像性能,需要进行校正。但是,随着系统工作频率的提高和阵列尺寸的扩大,校正难度越来越大。文中提出一种基于先验信息的综合孔径微波辐射计误差校正方法。该校正方法包括一个基于先验信息的校正矩阵以及一种基于先验信息的CLEAN算法。首先,该校正方法将含有误差的系统响应作为先验信息构造校正矩阵,并校正得到初步的反演图像;然后,利用上述先验信息估计系统的阵列因子并代入基于先验信息的CLEAN算法,校正图像中剩余的误差。仿真和实验结果表明该校正方法能有效提高综合孔径微波辐射计的成像质量。该校正方法可以在图像反演过程中全面校正综合孔径微波辐射计的误差,降低对校正系统的硬件性能要求,适用于大阵列毫米波综合孔径微波辐射计的校正误差。

机载综合孔径辐射计图像和光学图像融合及评价

微波辐射计图像可以很直观的反映地表亮温,但其分辨率不高且图像地物的几何外形不明显等缺点给研究带来诸多不便。现有一些光学图像与之相比,具有分辨率高,几何外形更清晰等优点。如何有效利用光学图像的信息来研究辐射计图像是一件有意义的课题。采用IHS方法、PCA方法、小波方法对机载综合孔径微波辐射计图像和Landsat ETM+图像进行融合。从对实验结果定量和定性的分析表明小波融合方法更具潜力。融合结果中可以看出在多光谱图像中表达相似的地物,可以很快的在图像中分辨出来。结果图像基本上保持了辐射计图像的辐射特性,并且融合了光学图像的不同地物的光谱信息,为在辐射计图像上对大区域地物的解译和分析带来方便。