空間中心在干涉成像微波輻射計(jì)天線陣設(shè)計(jì)方面取得進(jìn)展

2017-05-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

干涉成像微波輻射計(jì)是被動(dòng)微波遙感領(lǐng)域中的一種重要探測器,它利用綜合孔徑干涉測量技術(shù)對觀測目標(biāo)的微波輻射進(jìn)行成像探測。相比傳統(tǒng)的真實(shí)孔徑微波輻射計(jì),干涉成像微波輻射計(jì)容易實(shí)現(xiàn)更高的空間分辨率,同時(shí)還具有大視場快速成像、無需機(jī)械掃描、方便折疊展開、適合空間運(yùn)載等優(yōu)點(diǎn),因此干涉成像微波輻射計(jì)在空間對地觀測領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值,是目前被動(dòng)微波遙感領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

天線陣設(shè)計(jì)是干涉成像微波輻射計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它直接影響到探測器的多項(xiàng)性能指標(biāo)。目前最常用的天線陣構(gòu)型是Y形天線陣,例如歐洲空間局(ESA)發(fā)射的海表鹽度和土壤濕度衛(wèi)星(SMOS/MIRAS)以及美國航空航天局(NASA)提出的地球靜止軌道大氣探測衛(wèi)星計(jì)劃(GeoSTAR)都采用了Y形天線陣。Y形天線陣雖然在空間分辨率方面具有一定優(yōu)勢,卻在溫度靈敏度以及抗RFI射頻干擾方面存在明顯缺陷,這些缺陷在SMOS衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行過程中得到了證實(shí),所以SMOS研究團(tuán)隊(duì)在綜合比較了多種天線陣構(gòu)型后,提出在下一代SMOS衛(wèi)星上改用六邊形天線陣,提高探測器的抗RFI干擾能力和溫度靈敏度。六邊形陣是否已是最佳天線陣構(gòu)型?還有沒有更優(yōu)的選擇?這引起了研究人員的很大興趣。

圓環(huán)滿陣是一種常見的天線陣形式,在天線陣波束合成領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但在被動(dòng)干涉成像領(lǐng)域卻罕見應(yīng)用,主要是由于其無法獲得均勻的uv采樣網(wǎng)格,因此一直被領(lǐng)域內(nèi)科研人員所忽視。

近期,中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員吳季(IEEE Fellow)率領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)對干涉成像微波輻射計(jì)天線陣的分析方法進(jìn)行深入研究,在已有理論基礎(chǔ)上凝練出了采樣靈敏度因子和不確定性因子,同時(shí)對綜合陣因子的波束效率進(jìn)行了重新定義,使其更貼近實(shí)際物理意義。這三個(gè)新定義的參數(shù)因子可以作為描述和比較天線陣性能的有效工具。隨后他們利用這些參數(shù),并結(jié)合自主提出的基于偽極網(wǎng)格的成像處理算法對圓環(huán)滿陣進(jìn)行了深入分析,并與六邊形陣進(jìn)行了對比。對比結(jié)果表明:具有相同單元天線數(shù)量和觀測視場時(shí),圓環(huán)滿陣比六邊形陣空間分辨率降低約9%,但溫度靈敏度提高約23%,同時(shí)旁瓣電平降低約1.76dB至15dB,且方位向分布更加均勻。因此圓環(huán)滿陣在溫度靈敏度和RFI抑制方面表現(xiàn)更為出色。

該項(xiàng)研究成果有助于促進(jìn)圓環(huán)滿陣在干涉成像微波輻射計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用,所提出的分析方法對天線陣的選型和設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值,該成果近期發(fā)表在遙感學(xué)術(shù)期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上。

論文信息:J. Wu, C. Zhang, H. Liu and J. Yan, Performance Analysis of Circular Antenna Array for Microwave Interferometric Radiometers, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol.55, No.6, 2017, DOI:10.1109/TGRS.2017.2667042.