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     

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     

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.     

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)     

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     

一种空中辐射场测量用低轴比圆极化天线设计

在进行高功率微波(HPM)空中辐射场测量时,由于来波信号极化角度难以确定和受空中平台姿态影响等因素,普通线极化接收天线难以确保极化匹配,天线的极化失配会进一步降低辐射场参数测量的精确性。为了降低极化失配影响,在梯形微带圆极化单元天线分析设计的基础上,采用四阵元依次旋转90°和依次移相馈电的方式组建了一种低轴比微带圆极化阵列天线,该天线采用功分器和移相器作为馈电网络,天线在9.7 GHz实测增益约为9.4 dB,1 dB波束宽度约17.4°,轴比约0.4 dB。应用该圆极化天线可将极化失配引入的不确定度降低到0.2 dB以下,可满足高功率微波空中辐射场的精确测量需求。     

无人机机载天线高功率微波耦合响应研究

无人机易于受到高功率微波干扰和损伤,无人机机载天线是高功率微波干扰的重要耦合途径。为了研究无人机机载天线高功率微波耦合响应,以数据链天线和导航接收机天线为研究对象,根据无人机实际布局,建立高功率微波辐照下无人机机载天线的耦合模型,通过仿真天线辐射模型远场辐射方向图及S11参数验证天线模型的准确性,得到不同辐照场景和高功率微波辐射场参数下数据链天线和导航接收机天线端口的耦合电压,并进行了典型场景试验验证,结果表明：L波段高功率微波辐照下数据链天线的耦合电压较S、C和X波段更高,相较于水平极化,垂直极化辐射场对无人机数据链的干扰效果更佳,耦合电压与辐射场强成线性关系,受脉宽和前沿的影响较小;空中高功率微波辐照场景下导航接收机天线的耦合电压较地面高功率微波辐照场景更高,该研究将在高功率微波武器打击无人机方面提供理论参考依据。     

浅海矢量声场极化特性的深度分布规律

海洋波导环境中声场的极化特性可为水下目标探测提供新思路,因此对极化特性进行研究很有意义.本文将Stokes参数扩展到宽带形式,利用非平稳相位近似方法对公式进行简化,降低了理论推导的复杂性,并揭示了极化特性在声源深度及声源对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值仿真结果表明:使用非平稳相位近似进行简化后的公式是有效的,可以较好地表征出极化特性的深度分布规律;同时,通过对宽带Stokes参数归一化,可以去除水平距离对极化特性深度分布规律的影响;随后,以归一化宽带Stokes参数为研究对象,分析了声源频率、声源深度、声速剖面及海水深度等参数对极化特性深度分布规律的影响.通过RHUMRUM实验数据处理结果验证了非平稳相位近似的有效性和归一化宽带Stokes参数的距离无关性质.相关结论可为基于矢量场极化特性的被动目标深度估计提供理论依据.     

微波无线传能高性能双极化整流天线设计

设计了一款用于微波无线传能的5.8 GHz高效率双极化整流天线。该整流天线包含5.8 GHz双极化接收天线和5.8 GHz F类整流电路,并通过金属探针实现接收天线和整流电路的集成。接收天线为2×2微带阵列天线,采用了金属环加载技术提升天线的阻抗带宽和鲁棒性。采用金属探针代替常规微波接插件和线缆,实现了接收天线和整流电路的集成,该集成技术不仅简化了整流天线结构,还降低了整流天线的重量、损耗和成本。将双极化整流天线进行了加工和整流效率测试并将其与同样口径面积的线极化整流天线进行比较。实验测试结果表明,在1.47 mW·cm?2的最佳入射功率密度下,该双极化整流天线的最大转换效率达到76.8%。与线极化整流天线相比,当入射波极化方向在0°～90°变化时,双极化整流天线的转换效率始终保持在62%以上,具有稳定的直流输出,表现出良好的全极化接收整流性能。     

阵馈抛物柱面天线合成超宽带高功率微波

在时域推导了超宽带脉冲空间功率合成的条件,得到了多路脉冲信号在极化方向相同,幅度、波形一致的条件下,可实现最大化功率输出的结论。基于此提出了一种阵馈的抛物柱反射面天线。采用10喇叭单元叠状排列形成一维馈源阵列放置于焦线上,照射抛物柱反射面后形成相干脉冲,在主轴方向合成超宽带高功率微波波束。仿真结果表明,该阵馈天线较最优口径的单馈源天线,远场辐射功率密度提高了87倍以上,且波束宽度由66°减为8°,实现了超宽带高功率微波的高效空间功率合成。     

几种地物反射光的偏振特性

偏振测量具有很多普通的光强度测量不具备的优点,是研究地表、大气,探索太空的良好辅助手段。为了获得可见一红外偏振光谱,从而考察利用偏振遥感识别目标的可行性,采用求取斯托克斯参量的方法,分别对草地、黄色环氧板、沥青楼顶、绿帆布、水泥路面及铁板六个样品做了反射光偏振特性测量,并对它们的偏振光谱进行了详细比较,分析了其形成原因。结果表明偏振特性与目标的性质、测量波长、观测角度均有很大关系,偏振测量在遥感和目标识别方面具有重要的意义。     

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。     

基于LCTF与LCVR的偏振高光谱成像系统设计

提出一种基于液晶可调滤光片(LCTF)与两片液晶可调相位延迟器(LCVR)构成的偏振高光谱成像系统,相对于传统LCTF具有转动部件以及无法获取全部偏振态的特点,本系统能够静态凝视成像并且测量目标完整的Stokes参量。通过对两片LCVR取四组不同延迟组合,构造了一个4×4复原矩阵来获取目标的原始全偏振信息。使用干涉光强法,对两片LCVR分别进行了延迟-电压特性的精确测量;在633 nm下验证了全偏振复原算法,通过对误差分析,得到了较好的反演Stokes参数和相应的DoLP与Orient计算值,验证了复原算法的可靠性,可以为全偏振态高光谱遥感成像提供有效的数据。     

偏振成像激光雷达遥感中的基本变换研究

针对偏振成像激光雷达遥感的计算需求,在假设以散射体中心为主坐标系中心的情况下,研究了入射偏振光和散射偏振光坐标系的变换、散射体引起的偏振状态的变化以及散射矩阵与Mueller矩阵之间的几种最基本的变换关系,并从群论的观点给出了这些变换关系的描述。这些变换关系的进一步展开便可得到具体的激光雷达偏振遥感物理量的计算方法,这在解读偏振激光雷达遥感图像的应用中具有实际作用。     

偏振遥感在伪装目标识别上的应用及对抗措施

 为了研究偏振遥感对伪装目标的识别特点,分别对不同颜色的伪装网进行了偏振参数测量和成像实验。通过数据分析发现,伪装网的散射偏振度受观测条件和材料自身特性（如反射率、折射率和表面粗糙度）影响很大;伪装涂层对入射光的散射作用可以分为面散射和体散射,其中面散射具有起偏振作用而体散射具有消偏振作用;与自然背景相比,伪装目标的偏振特征非常显著,利用偏振遥感可以有效地识别出常规侦察手段所不能发现的伪装目标。通过偏振遥感的侦察原理和特点分析,提出了可以利用表面结构设计和烟雾等方法对抗偏振遥感的侦察。     

基于多角度多光谱Stokes参数Q和U测量反演气溶胶偏振相函数

偏振相函数是气溶胶重要的光学参数之一,它对气溶胶复折射指数、粒子尺度和形状都十分敏感。多角度多光谱偏振遥感可以有效获取气溶胶偏振相函数信息。新一代CIMEL太阳-天空偏振辐射计CE318-DP作为高精度地基气溶胶偏振遥感仪器已被引入全球气溶胶自动观测网AERONET(AErosol RObotic NETwork),并作为扩展多波长偏振测量的太阳-天空辐射计观测网SONET(Sun/sky-radiometer Observation NETwork)的主要仪器,已在不同类型气溶胶观测站点积累了多年的偏振数据。但目前偏振反演仅能利用线偏振度或偏振辐亮度。与线偏振度和偏振辐亮度相比,Stokes参数Q和U不仅包含天空光线偏振强度信息还包含偏振方向信息。利用CE318-DP多光谱多角度测量的天空光Stokes参数Q和U反演气溶胶偏振相函数的方法。针对CE318-DP标准主平面偏振观测模式PPP(Polarized Principal Plane)下Stokes参数U对气溶胶特性变化不敏感、信息难以利用的不足,测试了新的平纬圈偏振扫描模式ALMP(ALMucantar Polarization)获取Stokes参数Q和U,并成功应用于偏振相函数的反演。系统分析了340～1 640 nm多光谱通道上典型生物质燃烧型气溶胶和水溶性气溶胶的-P₁₂/P₁₁反演结果并测试了反演方法在晴朗和灰霾不同大气条件下的适用性。无论在主平面还是平纬圈观测几何下,反演结果在可见光和近红外通道上均与真实值具有较好的一致性。进一步讨论了模型中基于气溶胶参数初始值和大气气溶胶参数真实值计算的“大气单次散射/大气散射”的比值近似相等的假设条件在短波通道不能很好地满足是造成紫外波段反演结果偏差较大的原因之一。后续有待进一步提高反演模型在短波通道的适用性,为利用不同光谱通道上-P₁₂/P₁₁的变化特征改进气溶胶微物理参数反演奠定了基础。     

Effect of cross-polarization of electromagnetic source on the degree of polarization of generated beam

In this paper we study the degree of cross-polarization of a beam-like field whose cross-spectral density matrix is symmetric with respect to the permutation of its spatial arguments. Formulas were derived expressing the degree of cross-polarization in terms of the generalized Stokes parameters. With the help of an uniformly polarized quasi-homogeneous model source, the effect of degree of cross-polarization of a source on the degree of polarization of the radiated beam was demonstrated, that, two sources with same spectral degrees of coherence and polarization but with different degrees of cross-polarization can generate beams that have different spectral degrees of polarization in the far field.