综合孔径微波辐射计多通道数字相关器设计

综合孔径微波辐射计可以搭载于海洋观测卫星或综合对地观测卫星上,实现对全球海洋盐度和土壤湿度的大尺度测量。数字相关器是综合孔径微波辐射计中最为关键的部件,对微波辐射计应用有决定性作用。文中详细介绍了一种多通道数字相关器的设计和实现方法。该方法能够有效减少FPGA资源占用率,提高数字相关器的实时处理能力,降低系统复杂度。基于此方法设计的多通道数字相关器系统包含3个信号采集器和一个信号处理器。数字相关器使用Xilinx公司的Virtex5系列FPGA作为主处理芯片,通过GTX接口在采集器与处理器之间传输高速数据,能够对144路中频为75 MHz、带宽为30 MHz的信号进行实时相关处理。测试结果表明,相关系数的测量精度超过0.99。     

综合孔径微波辐射计成像观测能力

对综合孔径微波辐射计成像观测原理进行了阐述,分析了综合孔径微波辐射计的灵敏度、积分时间、天线波束宽度、目标亮温、背景噪声温度、系统工作频率和目标等效截面等因素与系统作用距离的关系,对系统的目标观测能力进行仿真验证,探讨了阵列通道不一致等误差的补偿方法。研究成果将有助于综合孔径微波辐射计的实用化推进。     

全极化微波辐射计系统中高速数字相关器设计

海面风场直接影响大气与大洋环流相互作用,是研究海流运动规律的必要条件.全极化微波辐射计是一种用于海洋表面风场测量的新型被动微波遥感器.数字相关器是全极化辐射计的核心部件.文中详细介绍了一种新型数字相关器的设计和实现.两片高速A/D转换器采样四路信号并通过XILINX公司新一代的FPGA-Vertex5作相关运算.同时本...     

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。     

CGLS 算法在综合孔径微波辐射计中的应用

高效的反演成像算法是综合孔径微波辐射计的关键技术之一。由于综合孔径微波辐射计反演成像在数学上是病态的反问题,所以需要进行正则化处理以克服其病态特性而获得稳定的解。与直接正则化方法相比,共轭梯度最小二乘(Conjugate Gradients Least Squares, CGLS)迭代法具有无须明确正则化参数、无须对传递矩阵求逆等优点。提出将共轭梯度最小二乘法应用于综合孔径辐射计成像中,并基于全极化干涉式微波辐射计(Full Polarization Interferometric Radiometer, FPIR)系统,比较了其与经典的最小范数正则化的性能。仿真结果表明:与最小范数正则化相比,CGLS 正则化算法能有效降低FPIR 系统图像反演误差,以获取高精确度的观测场景的亮温分布满足FPIR 系统探测海面风场、海表面盐度和土壤湿度等应用需求。     

综合孔径微波辐射计光学实时信号处理系统

分析了综合孔径微波辐射计光学实时信号处理系统的基本原理及关键技术,研制了一套X波段6单元综合孔径红外实时信号处理系统样机,并进行了系统测试及点辐射源的一维实时成像实验,获得了清晰的干涉条纹图像.初步的实验结果验证了综合孔径辐射计光学实时信号处理的可行性及系统设计的正确性.     

综合孔径微波辐射计天线单元互耦的影响及其校正

本文建立了综合孔径微波辐射计天线单元之间互耦对于综合孔径成像的影响的模型,分析了天线单元之间的互耦对于综合孔径微波辐射计分辨率的影响.给出了校正天线单元互耦作用影响的方法,在此基础上提出了一种综合孔径微波辐射计的定标方法.通过数值模拟,证明了所提出的方法的有效性.     

综合孔径微波辐射计顺轨方向亮温反演算法的研究

本文利用卷积理论对综合孔径微波辐射计在顺轨方向的孔径综合进行了理论分析,给出了在一定条件下的基线设计,并且分别利用矩量法和基于Backus-Gilbert理论的线性算法两种数值方法进行了顺轨方向地物亮温的反演.数值模拟结果表明,在顺轨方向有效稀疏天线阵设计的基础上,亮温反演达到了很高的精度.     

二维综合孔径微波辐射计成像理论与方法研究

本文在顺轨方向孔径综合技术的理论研究的基础之上,对星载二维成像综合孔径微波辐射计的成像理论进行了分析,讨论了二种不同的基线结构方案,并对相应的可见度函数采样方案和成像反演算法进行了讨论.最后通过数值模拟说明了本文提出的成像理论和基线结构方案具有可行性.     

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.     

星载合成孔径微波辐射计的反演公式

本文利用相关理论对星载合成孔径微波辐射计（简称SAMR）进行了详细的分析和探讨，给出它对地物辐射响应的一般表达式。当地物辐射源为非相关时，得到窄带SAMR对地物亮温度分布的反演公式。当地物辐射源为相关时，论述了辐射计的输出不含地物亮温度分布有用信息。     

合成孔径辐射计多路高阶数字复相关器方案研究

本文针对目前合成孔径辐射计中存在的相关器单元过于复杂，难以星载应用的问题，提出了一种新的数字相关方法．借鉴了软件无线电中的数字接收机技术，利用大规模可编程门阵列(FPGA)，用一块芯片来实现功率分配和大量复相关器的工作，实现了片上系统(SOC)，解决了多天线单元合成孔径辐射计相关器系统中存在的体积、重量、功耗和硬件复杂程度过大的问题．通过仿真表明，多路高阶数字相关器系统得到的天线阵列的干涉方向图与模拟相关器系统得到的干涉方向图基本一致，证明该方案可行。     

基于数字相关型全极化微波辐射计的灵敏度分析

灵敏度是表征微波辐射计能够检测到最小亮温变化的能力,是微波辐射计一项重要指标.本文针对数字相关型全极化微波辐射计,提出了一种使用相关器输出的计数值计算各通道灵敏度的方法,并通过了实验验证.对比模拟通道灵敏度和数字通道灵敏度,分析了量化噪声和通道间串扰对灵敏度的影响.     

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.     

全极化微波辐射计数字化引入误差分析

全极化微波辐射计是一种用于海洋表面风场测量的新型被动微波遥感器.数字相关器是全极化辐射计的核心部件.数字相关器的应用相对于模拟相关辐射计具有可配置、集成度高和易于控制的特点.同时,数字化技术会给辐射计带来量化误差和相位抖动误差.具体的误差分析验证了全极化微波辐射计中数字化的可行性.文中详细分析了定量误差,并根据实际工程应用说明了多比特数字化带来的误差可以在系统整体误差中忽略.