全极化微波辐射计姿态对观测亮温的影响及消除

针对全极化微波辐射计精确探测的需求, 研究了辐射计姿态对于观测亮温的影响以及亮温误差校正. 建立了姿态偏移与观测入射角以及极化旋转角的关系, 模拟了观测亮温随观测入射角以及极化旋转角波动的变化; 仿真了姿态偏移情况下的辐射计原始观测亮温;运用一种基于辐射传输模型的姿态补偿方法, 以垂直极化亮温和第三Stokes参数亮温为例, 对原始观测亮温展开误差校正. 研究显示, 该方法能够有效去除辐射计姿态偏移对观测亮温造成的影响, 校正结果满足辐射计数据预处理的误差精度要求. 关键词： 全极化微波辐射计 Stokes参数 观测入射角 极化旋转角     

星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正技术 (II) : 校正试验

创建了地球场景数据集, 结合全极化微波辐射传输模型, 仿真了地球场景亮温. 基于自主推导的全极化天线温度方程, 通过GRASP9软件生成天线方向图, 模拟了辐射计的天线温度. 进而利用多元线性回归方法, 求取了天线交叉极化校正M矩阵, 实现了对星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化的校正. 试验结果表明: 天线温度与地球场景亮温之间具有良好的线性关系; 天线交叉极化对全极化微波辐射计正交通道亮温影响明显, 尤其以对垂直极化亮温误差的影响最为显著; 校正后各通道的天线交叉极化得到了有效的减小, 交叉极化优于-23 dB, 极化纯度大于99.5%, 采用M矩阵校正及消除天线温度中交叉极化亮温影响的方案是切实可行的. 该校正技术可以实现星载极化相关型全极化微波辐射计在轨运行后对于天线交叉极化的最终校正. 关键词： 全极化微波辐射计 天线交叉极化 天线温度方程 M矩阵')" href="#">M矩阵     

星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正技术(I): 天线温度方程推导

星载极化相关型全极化微波辐射计是一种新型空间被动微波遥感仪器, 为海面风场等海洋大气环境参数的遥感探测提供了重要技术途径. 天线交叉极化校正是其数据预处理算法的重要环节. 本文针对星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正需求, 以极化相干检测理论为基础, 结合Stokes参数的定义, 自主推导了其适用的全极化天线温度方程. 该方程针对四个Stokes参数天线温度, 引入了Stokes参数之间交叉极化的振幅和相位, 并考虑了极化旋转角对天线方向图计算的影响. 最后, 建立了天线扫描波束与地球场景的几何对应关系, 对天线温度方程中各参数的确定方法进行了探讨. 全极化天线温度方程的建立为进一步开展星载极化相关型全极化微波辐射计天线交叉极化校正奠定了基础. 关键词： 全极化微波辐射计 天线交叉极化 天线温度方程 相干检测     

大气对星载被动微波影响分析研究

被动微波遥感具有全天候工作的能力,但是在不同的大气状态下被动微波遥感受大气的影响不同。为了研究大气对高级微波扫描辐射计AMSR-E (advanced microwave scanning radiometer-earth observing system)入瞳亮温的影响,分别采用晴空和典型层云大气数据作为微波辐射传输模型的输入,进行大气微波辐射信号的模拟工作并分析大气的影响。结果表明晴空下大气水汽是引起大气辐射的主要因素,晴空条件下大气对典型被动微波传感器低频的(<18.7 GHz)透过率大于0.98,在整个辐射传输过程中可以忽略不计。36.5和89 GHz的大气透过率在晴空下分别为0.896和0.756,在用微波高频通道进行陆表参数反演时需进行大气水汽影响的校正; 云覆盖条件或者阴天情况下云中液态水是引起大气辐射的主要因素,典型层云覆盖下大气的透过率在10.7,18.7和36.5 GHz分别为0.942,0.828和0.605。与晴空相比,由层云中液态水引起的大气下行辐射的增量在36.5 GHz最大达到75.365 K。表明在云覆盖时大气影响的校正过程中云层的影响是校正重点。最后利用大气探空数据计算了内蒙古海拉尔地区2013年夏季7月份的大气透过率,结果显示C、X波段的大气透过率接近1,89 GHz受水汽影响较大,其地球表层大气透过率不超过0.7。在内蒙古海拉尔地区,夏季大气透过率具有较为稳定的值,但是随着局部水汽的变化具有0.1左右的波动。     

无云情况下L波段微波辐射计快速大气校正方法

利用数值天气预报模式输出的大气温湿廓线数据与大气辐射传输模型计算了无云情况下全球海面大气在L波段的上行、下行辐射亮温及透射率, 建立三个参数与大气水汽含量及海表气压的回归关系模型——辐射-水汽模型, 利用该模型可快速计算大气辐射参数, 对L波段微波辐射计进行大气校正. 为了验证模型的实用性和可靠性, 利用SSM/I卫星水汽含量数据和数值模式地表气压数据通过模型计算大气辐射参数, 并与Aquarius卫星实测L波段微波辐射数据进行对比分析. 结果表明: 模型计算的辐射亮温比卫星观测数据偏低约0.335 K, 但改正系统性偏差后的均方根误差仅0.086 K, 且模型计算的大气透射率与卫星观测数据基本一致, 说明利用该模型对L波段微波辐射计进行大气校正具有较高的可靠性, 相比于传统利用大气辐射传输模型进行大气校正, 该模型更为简单快速, 输入参数更易获取, 更适于工程应用.     

风成海面的极化辐射

采用几何光学模型和统计的方法研究了风成海面的极化辐射特性.本文假设海面由一系列随 机分布的小镜面组成，海面对电磁波的散射可看作镜面的反射，风成海面的辐射是小镜面辐 射的统计平均.计算了前三个Stokes 参数，结果表明辐射亮温随方位的变化关系为余弦函数 ，周期为π；辐射亮温随方位角的变化幅度为几个Κ.风成海面的极化辐射特性提供了利用 被动微波遥感手段反演海洋风场的途径. 关键词： 极化 辐射 亮温 风成海面     

北半球植被冬夏两季微波发射率特征分析

地表微波发射率是含水量、表面粗糙度、地物结构等的函数,这些因素具有明显的季节性。用晴空条件下高级微波扫描辐射计(AMSR-E)的瞬时发射率,辅助2003年IGBP(international geosphere-biosphere project labels)地表分类数据,获得了北半球各种植被覆盖地区2003年夏冬两季每半月平均的地表微波发射率。分析不同植被发射率随频率、极化、时间等变化的特性。结果表明,植被发射率在H和V极化均随频率的增加而增加,在有降雪的地区发射率随频率增加而迅速减小。植被区夏季发射率较高,89GHz的V极化发射率值大于0.944,且发射率时间序列上很稳定,极化差较低(<0.081),同一地区发射率时间序列RSME小于0.007 2。植被区冬季在积雪出现的地方发射率值降低,尤其表现在高频部分。随着植被密度的增加,植被地区发射率值增加而极化差降低。     

FY-3A/MERSI热红外通道在轨辐射定标精度评估

卫星资料辐射定标精度是其定量应用的关键因素。以METOP-A/IASI的高光谱探测资料为传递基准,利用同时星下点观测的交叉定标方法,对 FY-3A/MERSI热红外通道的在轨辐射定标精度进行了客观评估,并给出了亮温系统偏差的订正因子。从观测时间差异、卫星观测天顶角和方位角差异、以及目标均匀性四个方面,分析了交叉定标中所用主要匹配近似因子的不确定性。分析结果表明,目标均匀性是匹配误差的主要来源,偏差不确定性小于2%(当亮温偏差约为1 K时,不确定性<0.02 K),其他因素的影响可以忽略。一年多的样本统计及偏差分析结果显示,MERSI的观测亮温明显高于IASI,年平均亮温偏差约(3.18±0.34) K,月平均亮温偏差呈现季节波动特征,波动幅度约0.8 K。与相近时期敦煌场和青海湖地同步观测评价结果有非常好的一致性。初步原因分析推断,造成MERSI亮温偏高的原因主要有两个,一是星上黑体发射率被高估,二是光谱响应函数向大气窗区漂移,后者可能为主导因素。     

星载微波辐射计欧洲大陆无线电频率干扰分析

基于2011年6月1日至16日先进微波扫描辐射计(AMSR-E)的观测资料,采用改进的主成分分析算法,对欧洲陆地区域的无线电频率干扰(RFI)进行识别和分析。研究发现影响英国和意大利的X波段RFI源主要是稳定的、持续的地面主动源,而影响欧洲其他国家的RFI则主要是反射的静止电视卫星信号对星载微波被动传感器观测的干扰。源于静止电视卫星的RFI出现位置和强度随时间周期性变化,在欧洲陆地多出现在星载微波辐射计升轨观测上,降轨观测则几乎不受其干扰。RFI出现位置和强度与星载微波辐射计扫描方位角和观测视场相对静止电视卫星的方位有关,只有当星载微波辐射计视场扫描方位角大小与该视场相当于静止卫星发射方位角大小接近时该视场易受RFI影响。     

基于青海湖辐射校正场的FY3D/MERSI-Ⅱ卫星遥感器热红外波段在轨辐射定标

2018年8月在青海湖辐射校正场开展了针对FY3D/MERSI-Ⅱ卫星遥感器热红外通道的在轨绝对辐射定标试验.采用走航式测量的方式获取了青海湖水表光谱辐亮度数据,结合探空数据,并基于辐射传输模型计算出卫星过境时刻的入瞳辐亮度和亮温,实现了对FY3D/MERSI-Ⅱ卫星遥感器热红外通道24(10.26~11.26μm)和通道25(11.50~12.50μm)的在轨辐射定标.利用国际公认精度的AQUA/MODIS和NPP/VⅡRS卫星遥感器对在轨辐射定标方法进行精度评估,在10.26~11.26μm和11.50~12.50μm波段范围,通道亮温的平均偏差分别小于0.5K和1.0K,表明基于青海湖辐射定标场的在轨辐射定标方法具有较好的定标精度,获得的定标结果合理可靠.将利用青海湖进行的在轨定标结果与星上定标结果进行比较,在10.26~11.26μm和11.50~12.50μm波段范围,通道亮温的平均偏差分别小于0.5K和1.25K,表明FY3D/MERSI-Ⅱ在轨运行稳定.本次试验检验了FY3D/MERSI-Ⅱ星上定标结果,也为FY3D/MERSI-Ⅱ遥感数据的定量化应用提供了保障.     

光子晶体高功率微波模式转换器设计

研究了传输线中非截面排列金属光子晶体电磁特性,并利用其作为移相器提出了一种紧凑型TEM—TE11模式转换器的设计方法.利用电磁软件cst microwave studio优化设计了一套L波段TEM—TE11模式转换器,在中心频率1.58 GHz上转换效率为98%.在1.56—1.625 GHz频率范围内,模式转换器转换效率大于90%,对应带宽4.1%.模式转换器功率容量为GW级,适用于高功率微波源系统.结合磁绝缘线振荡器开展了粒子模拟研究工作,发现模式转换器性能与设计结果相符,并且其引入不影响高功率微波器件的正常工作.     

圆环结构人工电磁吸波材料的仿真与实验研究

提出了两种圆环型微波电谐振结构,这两种谐振结构分别与金属线进行适当的组合形成电磁耦合单元,对正入射的电磁波产生谐振响应并具有强烈的吸收作用.通过对两种耦合单元的电磁仿真和优化计算使其各自获得最佳的吸波性能.在微波段8—12 GHz利用自由空间法对这两种耦合结构的电磁特性(即反射系数S₁₁和透射系数S₂₁)进行实验测量,在10.7 GHz和10.07 GHz吸收率分别达到95%和98%以上. 关键词： 耦合单元 吸收率 阻抗匹配     

The radio structure of BL Lac object S5 2007+777

BL Lac object S5 2007+777 has been classified as a HYMOR (Hybrid Morphology radio source) for its hybrid FR I and FR II radio morphology. It is one of four BL Lac objects with a kpc scale extended X-ray jet. In this paper, we searched the unpublished European VLBI Network (EVN) archived high resolution data for this source, and present the high resolution radio structure. The EVN images all show a core-jet structure in 1.6, 5 and 8 GHz. In combination with the VLA data in the literature, we found position angle differences (ΔPA) of about 10°–20° between pc and kpc scale jet structures. The brightness temperature estimated from multi-band EVN images are around 10^11.2–10^11.8 K, from which the Doppler factor ranges from 3.2 to 12.0. We found significant flux variations of the radio core in 1.6 and 5 GHz, from which we derived the variability in brightness temperature T _var to be 10^13.6 K and 10^14.0 K, corresponding to the Doppler factors of 9.3 and 12.4, respectively.

     

CoFeB/MgO不连续多层纳米软磁薄膜微波电磁特性

采用直流/射频磁控溅射方法和不连续多层交替沉积工艺,制备了CoFeB/MgO系列纳米不连续多层薄膜,研究了微波频段下的电磁性能.结果表明,通过调整CoFeB合金相和MgO介质相的相对含量可有效调控薄膜的微结构和电磁性能,且在［Co₆₄Fe₂₄B₁₂(0.7nm)/MgO(0.4nm)］₄₀薄膜中获得了优良的微波软磁性能和高电阻率,其饱和磁化强度1.3 T,难轴矫顽力130 A/m,电阻率3.4mΩ·cm,且共振频率高达2.1 GHz,磁导率实部μ′和虚部μ″在1.59 GHz处均高于240,并且在0.9—2 GHz宽频带范围同时大于100.该薄膜可用于微波吸收材料和电磁兼容的设计中. 关键词： 纳米磁性颗粒膜 磁导率频谱 电磁性能 吸波材料     

Double-layer microwave absorber of nanocrystalline strontium ferrite and iron microfibers

Microwave absorption properties of the nanocrystalline strontium ferrite (SrFe₁₂O₁₉) and iron (α-Fe) microfibers for single-layer and double-layer structures are investigated in a frequency range of 2 GHz-18 GHz. For the single-layer absorbers, the nanocrystalline SrFe₁₂O₁₉ microfibers show some microwave absorptions at 6 GHz-18 GHz, with a minimum reflection loss (RL) value of -11.9 dB at 14.1 GHz for a specimen thickness of 3.0 mm, while for the nanocrystalline α-Fe microfibers, their absorptions largely take place at 15 GHz-18 GHz with the RL value exceeding -10 dB, with a minimum RL value of about -24 dB at 17.5 GHz for a specimen thickness of 0.7 mm. For the double-layer absorber with an absorbing layer of α-Fe microfibers with a thickness of 0.7 mm and matching layer of SrFe₁₂O₁₉ microfibers with a thickness of 1.3 mm, the minimum RL value is about -63 dB at 16.4 GHz and the absorption band width is about 6.7 GHz ranging from 11.3 GHz to 18 GHz with the RL value exceeding -10 dB which covers the whole K_u-band (12.4 GHz-18 GHz) and 27% of X-band (8.2 GHz-12.4 GHz).     

HEM11 mode magnetically insulated transmission[2mm] line oscillator: simulation and experiment

A novel magnetically insulated transmission line oscillator (MILO) in which a modified HEM₁₁ mode is taken as its main interaction mode (HEM₁₁ mode MILO) is simulated and experimented in this paper. The excitation of the oscillation mode is made possible by carefully adjusting the arrangement of each resonant cavity in a two-dimensional slow wave structure. The special feature of such a device is that in the slow-wave-structure region, the interaction mode is HEM₁₁ mode which is a TM-like one that could interact with electron beams effectively; and in the coaxial output region, the microwave mode is TE₁₁ mode which has a favourable field density pattern to be directly radiated. Employing an electron beam of about 441 kV and 39.7 kA, HEM₁₁ mode MILO generates a high power microwave output of about 1.47 GW at 1.45 GHz in particle-in-cell simulation. The power conversion efficiency is about 8.4 % and the generated microwave is in a TE₁₁-like circular polarization mode. In a preliminary experiment investigation, high power microwave is detected from the device with a frequency of 1.46 GHz, an output energy of 43 J-47 J, and a pulse duration of 44 ns-49 ns when the input voltage is 430 kV-450 kV, and the diode current is 37 kA-39 kA.     

X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究

在波束波导和反射面天线的馈源应用中, 为了产生低副瓣且方向图等化的高斯波束, 需要将高功率微波转换为准高斯模HE₁₁模辐射. 本文利用弯曲圆波导可同时从TM₀₁模产生TE₁₁模和TM₁₁模的原理, 提出了采用双弯曲过模圆波导结构直接将TM₀₁转换为HE₁₁的模式变换器, 避免了常规微波领域中首先将TM₀₁转换为TE₁₁再用波纹式或半径渐变式TE₁₁-HE₁₁转换器转换为准高斯波束功率容量不足或尺寸过长的不足. 基于模式耦合理论和Taguchi优化算法对模式变换器的弯曲半径、相移直端长度及引入位置进行了优化, 使输出的TE₁₁和TM₁₁成一定比率, 以组成HE₁₁模式, 并对设计的模式变换器进行了全电磁波仿真分析, 结果表明输出波束的标量高斯含量在9.05–9.8 GHz范围内均高于99%, 理论功率容量可达4.5 GW. 关键词： 高功率微波 模式耦合理论 Taguchi优化算法 模式变换器