应用于塔克拉玛干沙漠辐射测量的L波段辐射计及其定标方案

论文摘要

微波辐射计在微波遥感仪器中占有重要的地位,在遥感、制导和目标特性测量等方面得到了广泛的应用和发展。SMOS(Soil Moisture and Ocean Salinity)是欧空局(ESA)制定的第二地球探测计划,它的主要任务是在全球尺度探测土壤湿度和海水盐度。为了在合理的天线尺寸下得到高的分辨率,SMOS采用工作在1400~1427 MHz的L波段合成孔径成像辐射计MIRAS(Microwave Imaging Radiometer using Aperture Synthesis)。为了配合SMOS任务的地面定标及验证,我们计划在塔克拉玛干沙漠建立地基L波段微波辐射计,测量当地土壤亮温。本课题即为此L波段辐射计的系统设计及定标分析。本文介绍了微波辐射测量的基本原理,分析了应用于塔克拉玛干沙漠的L波段微波辐射计系统结构,并设计了其数管控制单元。同时,根据L波段微波辐射计天线尺寸等自身特点,选取适当的定标方案:采用冷空作为低温定标源,吸波材料作为高温定标源。由于冷空的情况比较复杂,在L波段,其亮温受到诸多因素的影响。本文根据日地关系、太阳与天线的位置关系,建立太阳辐射模型,得出了任意时刻太阳进入天线视场范围内的影响亮温值。并简要分析了月球、其他星球、中性氢原子分立谱发射和热源连续谱发射对辐射亮温的影响,为选取冷空作为低温定标源提供了理论及数据参考。最后,本文分析了射频干扰(RFI)对微波辐射测量的影响,并提出了应用KURTOSIS原理检测RFI的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微波遥感的原理及发展
• 1.2 微波辐射计的特点及发展
• 1.3 SMOS 项目简介
• 1.3.1 土壤湿度反演的意义及主要影响因素
• 1.3.2 海水盐度反演的意义及主要影响因素
• 1.4 本文研究的主要内容及意义
• 第二章 微波辐射计的基本原理与系统结构
• 2.1 微波辐射测量的基本原理
• 2.2 全功率微波辐射计
• 2.2.1 天线的输出功率与天线温度之间的关系
• 2.2.2 全功率微波辐射计的工作原理
• 2.3 DICKE型微波辐射计的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 L 波段微波辐射计系统设计
• 3.1 设计原则
• 3.2 关键技术分析
• 3.3 系统设计方案及主要部件技术指标
• 3.4 本章小结
• 第四章 L 波段微波辐射计数管单元设计
• 4.1 任务要求
• 4.2 外部接口及要求
• 4.3 数控板硬件接口说明
• 4.3.1 数控板与信道、天线分系统的硬件接口
• 4.3.2 数控板与转台分系统的硬件接口
• 4.3.3 数控板与电源与温控分系统的硬件接口
• 4.4 数控板硬件设计方案
• 4.5 数控板软件设计方案
• 4.6 电路原理图
• 4.7 本章小结
• 第五章 L 波段微波辐射计定标分析
• 5.1 定标原理概述
• 5.1.1 分步定标
• 5.1.2 整体定标
• 5.2 整体定标方案分析
• 5.2.1 整体定标方案Ⅰ
• 5.2.2 整体定标方案Ⅱ
• 5.2.3 整体定标方案Ⅲ
• 5.3 本章小结
• 第六章 L 波段微波辐射计冷空定标源亮温分析
• 6.1 太阳辐射的影响
• 6.1.1 太阳的辐射状态
• 6.1.2 天线口面输入亮温
• 6.1.3 观测模型
• 6.1.4 结果分析
• 6.2 月球及其他星球的影响
• 6.3 银河噪声的影响
• 6.3.1 银河系中主要的辐射源
• 6.3.2 遥感模式中的数据
• 6.3.3 天线波束效应
• 6.4 本章小结
• 第七章 微波辐射计射频干扰（RFI）的检测
• 7.1 射频干扰（RFI）对微波辐射观测的影响
• 7.2 RFI 检测与去除方法概述
• 7.3 用KURTOSIS 方法检测RFI
• 7.3.1 KURTOSIS 方法原理
• 7.3.2 KURTOSIS 方法的盲点
• 7.3.3 基于KUITOSIS 方法的灵敏数字检波器
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 附录