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     

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     

法拉第旋转对空间被动微波遥感的影响及消除

法拉第旋转是空间被动微波遥感重要的误差来源之一.本文研究了法拉第旋转变化的机理;分析了法拉第旋转对微波辐射计观测精度的影响;着重就1.4 GHz 正交极化通道亮温T_v以及10.7 GHz 相关极化通道亮温U的法拉第旋转校正展开讨论.通过仿真2006年海南某观测站点全年的星载微波辐射计观测数据并利用蒙特卡罗法模拟噪声的影响,分析比较了使用辅助数据(IRI 模型法)和极化模式(Yueh方法和Ribó方法)两种途径对法拉第旋转的校正效果,进而提出了一种应用IGS 关键词： 法拉第旋转 微波遥感 微波辐射计 国际GNSS服务网(IGS)     

C/X双频双圆极化共口径微带天线设计

设计实现了一款C/X双频双圆极化共口径微带天线,在C/X频段均能以双圆极化方式工作,有效提高了天线的口径利用率。采用寄生结构和L型探针耦合馈电拓展了天线的阻抗带宽;以嵌套方式将X波段天线置于C波段天线的间隙处实现了共口径设计;通过对称反相馈电技术实现了良好的交叉极化比。测试结果表明,C波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于23%和17%; X波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于28%和18%;测试频点处的交叉极化比均大于25 dB。     

近地面三阵子天线估计电磁波到达角和极化参数

从自由空间中的三阵子天线求入射电磁波极角和方位角的基本原理出发, 结合电场各个分量与极化方式之间的关系给出了左手极化波计算波达角的公式, 及地球表面上方三阵子天线判断入射波极化方向的方法; 本文提出了一种新颖的滤除地面反射波的方法, 保证了波达角的求解精度; 利用获得的高精度的波达角和测得的电场强度, 计算出了电磁波的各种极化参数, 这些极化参数可以作为电离层研究和电磁波在电离层中传播研究的参考. 关键词： 地球表面 三阵子天线 波达角 极化参数     

随机非球形粒子全极化散射的时间相关Mueller矩阵解

从与时间相关的矢量辐射传输方程推导一阶Mueller矩阵解,用来模拟Gauss型平面脉冲波入射下,一层随机、非均匀取向非球形粒子的全极化双站散射.数值计算了同极化和去极化脉冲响应,与入射脉冲进行了比较,说明了随机介质的物理参数,如粒子的取向和占空比、入射角、极化以及层厚等对脉冲响应的影响 关键词： 平面脉冲波 非球形粒子 Mueller矩阵     

峰值电流达几千安量级的闪电M分量放电特征及机理探讨

利用2009年山东人工触发闪电实验获取的实测雷电流资料、近距离电场和高速摄像资料,分析了6次峰值电流达几千安量级的M分量.6次M分量均对应闪电通道中明显的发光亮度的脉冲式变化,持续时间小于1 ms.M分量的电流波形和近距离电场波形均呈较为对称的V形,且波形的上升时间均为几十微秒,同步记录结果显示,电场先于通道底部电流发生变化且先达到峰值.这些M分量在发生前,闪电通道中存在一定的连续电流,通道的导电性优于先导-回击过程.M分量发生前的闪电 关键词： 闪电 M分量')" href="#">M分量 先导-回击 通道电流     

一种复合型极化转换表面及其在天线辐射散射调控中的应用

透射型极化转换表面因其具有易于与天线共形的巨大应用优势,受到国内外学者的广泛关注.本文将极化栅结构与各向异性贴片结构相结合,设计并验证了一种复合型透射极化转换单元,将该极化转换单元组成透射超表面,可以同时实现极化选择和透射型线-圆极化变换两种功能.当电磁波极化方向垂直于极化栅延伸方向入射到复合型极化转换表面时,该极化转换表面可以在9.3—10.9 GHz实现透射型线-右旋圆极化转换,当电磁波极化方向平行于极化栅延伸方向入射时,可以实现同极化全反射.将该极化转换单元及其镜像单元棋盘排布后组成棋盘排布表面,以电磁表面覆层的形式应用于带宽为9.4—10.7 GHz的线极化源微带天线,利用圆极化的相反旋向对消特性,组成一款新颖的线极化天线.相比于源微带天线,在9.5—10.5 GHz该天线的线极化纯度得到提高,同时实现了天线的前向增益提高和带内雷达散射截面减缩,最大减缩量达39.2 dB.实验验证和仿真结果吻合较好,该设计在高增益、低散射天线设计和天线辐散射性能综合调控中具有重要的参考价值.     

基于极化旋转超表面的圆极化天线设计

本文通过设计出一种反射型极化旋转超表面,在8—12 GHz频域内实现高效的极化旋转,并将其加载于微带缝隙天线下方构成新型的极化旋转超表面天线,利用超表面的90°极化旋转效应,成功实现了天线的圆极化辐射调制.仿真与实验结果表明:圆极化天线的中心工作频率为GHz,阻抗带宽为8.3—10 GHz.当微带缝隙天线与极化旋转超表面的间距H=4.5mm时,天线在8.3—8.8 GHz频带内实现了圆极化辐射;当mm时,天线在8.8—9.3 GHz频带内实现了圆极化辐射;当=8mm时,天线在9.3—10 GHz频带内实现了圆极化辐射.实验结果与仿真结果相符,证明了此种设计方法的有效性,也为微带缝隙天线的圆极化设计提供了一种新的途径.     

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.     

Passive three-dimensional imaging using polarimetric diversity

The results of experiments in developing a method for extracting three-dimensional information from a scene by means of a polarimetric passive imaging sensor are summarized. This sensor provides a full Stokes vector at each sensor pixel location from which degree and angle of linear polarization are computed. The angle of linear polarization provides the azimuth angle of the surface normal vector. The depression angle of this surface normal vector is obtained in terms of the emitting object's index of refraction from the solution of an equation derived from Fresnel equations, Snell's law, and percent of linear polarization. Results of the application of this approach to simulated infrared polarimetric data are provided.     

基于野外测量研究植被冠层偏振光谱反射特性

植被冠层反射太阳光会产生部分偏振光,这为偏振遥感探测提供了信息源。利用地基平台开展野外偏振测量是非常重要的研究,它不仅能获取植被冠层本质的偏振反射特性,而且还可以与机载或者星载平台数据进行匹配;虽然研究者们已经通过机载或者星载偏振探测器获取了大量植被冠层的偏振反射信息,但是关于地面植被冠层偏振反射分布特性的研究却很少。因此,为了详细研究植被冠层的偏振反射特性,基于野外多角度高光谱偏振测量与偏振反射物理机制,分析了植被冠层偏振光谱特性及其偏振反射分布特性;随后,反演了两种偏振模型的参数,将测量值与模拟值进行对比分析。研究结果发现,植被冠层的偏振反射具有明显的各项异性特征,而且与波长之间存在微弱的关系;同时,偏振模型可以很好地模拟植被冠层的偏振反射信息,可以作为研究植被冠层的理论依据。该研究测量的偏振反射信息与模型计算值之间呈现良好的吻合性,既描述了植被冠层偏振反射分布特性,又证明模型的有效性和测量结果的准确性。对植被冠层偏振特性的详细研究,不仅有助于完整地解释植被冠层与电磁波之间的辐射响应特征,而且对于偏振遥感对地观测以及地表偏振信息对大气偏振信息的研究也具有重要科学价值。     

随机相位微波功率的空间合成效率

 采用数值计算方法,将微波功率源输出信号的相位差视为等概率分布的随机事件,通过阵列天线平均增益定量计算了多微波源空间功率合成效率;分析了随机相位条件下,天线单元间耦合系数、极化方式和单元增益对合成效率的影响。计算结果表明：多微波源在随机相位条件下进行空间功率合成,阵列天线单元之间的相互耦合将造成合成效率严重下降;而天线类型、极化方式和天线单元增益对合成效率的影响较小。     

Scattering and emission from inhomogeneous vegetation canopy and alien target beneath by using three-dimensional vector radiative transfer (3D-VRT) equation

To solve the 3D-VRT equation for the model of spatially inhomogeneous scatter media, the finite enclosure of the scatter media is geometrically divided, in both vertical z and transversal (x,y) directions, to form very thin multi-boxes. The zeroth order emission, first-order Mueller matrix of each thin box and an iterative approach of high-order radiative transfer are applied to derive high-order scattering and emission of whole inhomogeneous scatter media. Numerical results of polarized brightness temperature at microwave frequency and under different radiometer resolutions from inhomogeneous scatter model such as vegetation canopy and alien target beneath canopy are simulated and discussed.     

A radiative transfer model for an idealized and non-scattering atmosphere and its application for ground-based remote sensing

Inversion of tropospheric profiles from ground-based microwave measurements requires a simple and accurate model for calculating the brightness temperatures as received by the radiometer. In the first part, an analytic solution of the radiative transfer equation is derived for an exponentially decaying absorption coefficient and a linear temperature gradient. Based on the obtained analytic expressions, a discretized radiative transfer scheme is developed in the second part. The new scheme incorporates the generic behavior of the atmosphere with the effect that brightness temperatures can be modeled more accurately and with fewer grid points compared to commonly used radiative transfer schemes. The brightness temperature modeling accuracy was improved by a factor of six. The results suggest that the model could be employed for the retrieval of temperature and humidity profiles.     

高功率双层径向线螺旋阵列天线实验研究

 介绍了高功率双层径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果,对按照优化结构尺寸加工的阵列天线进行了实验研究。在实验中,设计了用于连接标准接口和天线输入口的阻抗变换器,对阵列天线辐射特性的测量采用了标准线极化天线比较法。实验结果表明：在3.8～4.2 GHz的频率范围内天线增益大于19.7 dB,口径效率大于42%,天线轴比小于4 dB,驻波系数小于1.6;实验结果与数值计算结果基本一致。