星载主动遥感气溶胶-云参数技术需求与进展

面对越来越迫切的气象和气候预测及大气环境监测需求，利用主动星载仪器在全球范围内探测云和气溶胶参数成为快速发展的研究领域。相比被动遥感仪器，主动仪器可以获取云和气溶胶参数的垂直分布信息，这将在天气气候模式的改进方面发挥重要作用。通过云和气溶胶遥感需求分析，从雷达数据应用角度，首先介绍了数值模式对云和气溶胶的科学参数需求和定量需求，进一步分析了云和气溶胶联合观测的需求，以及星载微波激光雷达的探测特点；然后对国内外正在规划的星载云和气溶胶微波激光雷达探测任务进行了综述，包括仪器指标和数据产品设计；最后展望这一领域的应用前景。     

星载降水测量雷达参数对反演结果的影响

星载降水测量雷达属于主动式遥感仪器,具有较高的径向分辨率,可以获得降水云内部的三维信息。文中研究星载降水测量雷达地面反演中常用的衰减订正算法——KZS算法,对该算法进行仿真分析,并在此基础上进一步仿真分析雷达参数对反演结果的影响。仿真结果表明,该算法具有较高的工程应用价值。     

一种星载巴特勒矩阵微放电特性的分析与验证

作为星载雷达发射微波功率合成的关键部件，巴特勒矩阵的微放电性能直接决定了雷达载荷的功率容量。因此，有必要对其微放电特性进行分析与验证。针对该需求，提出了一种用于大功率动态合成网络的星载巴特勒矩阵，并对其在真空条件下的微放电特性进行了分析与验证。第一，提出了一款用于星载雷达的大功率巴特勒矩阵，对其功率合成性能进行了分析。第二，为了对巴特勒矩阵微放电性能进行详细研究，对提出的巴特勒矩阵进行了微放电功率阈值仿真和自由电子分布分析。第三，为了验证分析结果的正确性，对该巴特勒矩阵进行了峰值功率14kW的真空微放电试验，验证了其在大功率真空环境下的微波传输功率容量。提出的巴特勒矩阵性能优良，为未来的星载雷达大功率微波部件提供了理论方法和关键技术支持。     

Remote sensing of precipitation by a satellite-borne microwave remote sensor

The problem of remote sensing of precipitation by a satellite-borne microwave rain scatterometer is discussed. A downward-looking scanning pencil-beam antenna system is used. The combination of the range-gate method and low side lobe level is used to separate echoes from precipitation layers in the main lobe from ground clutter in the side lobes. Various parameters of the satellite-borne microwave rain scatterometer are calculated and characteristics of systems at 10 and 34.45 GHz are considered. The transmitter peak power needed to observe precipitation with sufficient signal-to noise ratio is calculated by means of the radar equation. The signal (i.e. the received power from the resolution volume of the precipitation) and the received power due to the ground clutter are calculated and the signal-to-clutter ratio is obtained by applying the radar equation. An airborne microwave rain scatterometer is proposed for preliminary experiments.     

基于星载气象雷达的非线性调频信号优化设计

随着天气观测、研究和规划的进展,气象雷达技术的开发工作取得了重大进展。脉冲压缩使新一代低成本、紧凑型星载天气雷达系统成为可能。为了抑制脉压带来的距离旁瓣,目标探测雷达通常采用基于幅度调制和失配滤波的方法,但由于其存在主瓣扩展和功率损失等缺点,不适用于气象观测。非线性调频（NLFM）信号可以调整其功率谱密度,在明显不降低信噪比的情况下提供较低的旁瓣输出。本文设计了一种新的波形优化框架。该框架通过多目标粒子群优化算法（MOPOS）构造了一种针对气象粒子目标的非线性调频（NLFM）脉冲压缩波形,实现了极低的距离旁瓣电平和较高的多普勒容限,可以显著地缓解非常有限的卫星峰值功率的限制和卫星平台运动导致的多普勒对系统影响。仿真实验结果表明：改进的非线性调频波形具有良好的性能。     

一种改进的星载分布式SAR相位保持成像算法

针对Chirp Scaling算法在推导中对相位采用近似处理而导致相位保持精度不能满足分布式星载InSAR系统对高程测量精度要求的问题,在对线性调频信号脉压处理中相位变化规律进行分析的基础上,结合星载分布式SAR数据处理对信号相关性的要求,推导了适用于星载分布式SAR数据处理的相位补偿公式,进而提出一种能够实现高精度相位保持的改进Chirp Scaling成像算法。算法精确补偿了包括复常数相位项、移零频所引入的线性相位项、距离向残留三次相位项及距离压缩后非均匀采样所引入的相位误差,并且能够实现分布式InSAR复图像对的粗配准。最后,给出了一种理论相位的计算方法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。     

星载干涉合成孔径雷达高度计波束指向优化设计新方法

基于干涉合成孔径雷达(InSAR)体制的星载高度计能实现高分辨率、宽幅、高精度海面高程测量。传统合成孔径雷达(SAR)系统波束指向设计方法以SAR图像近远端噪声等效后向散射系数差异最小化为优化目标,星载InSAR高度计对海入射角小,如采用传统波束指向设计方法将面临系统近端测高性能优于远端等问题。为使远端测高性能满足应用精度指标要求,系统需提高雷达发射功率或增大雷达天线尺寸,这对卫星系统提出了较高的要求。提出了面向测高应用的星载InSAR高度计波束中心指向设计新方法。该方法通过调整雷达波束中心指向实现全场景测高性能最优化,可有效降低传统设计方法中SAR载荷对发射功率等卫星指标的要求,对未来我国发展InSAR体制海面高度计系统设计具有重要的指导意义。仿真分析结果验证了新方法相对于传统设计方法的优越性。     

Satelliten-scatterometer zur windmessung

(A spaceborne scatterometer for wind field measurement)—For correct weather forecasting over the continent, the knowledge of the weather conditions across the oceans is of importance. The Skylab S-193 experiment, as well as Seasat, have shown that global wind measurements across the ocean with the aid of a microwave sensor is technically feasible. For this reason, a Wind Scatterometer will be implemented among other instruments on the first European Remote Sensing Satellite, ERS-1.In this presentation, the geophysical background of the measurement principle is briefly explained. A short discussion about the method of extraction of wind speed and wind direction out of Scatterometer measurement data follows. Finally, different sensor concepts are presented and a comparison of real and computed wind fields over the Atlantic closes the presentation about the Wind Scatterometer.Software simulators are necessary for the development and optimization of the Scatterometer system design. Such software simulators are under development at Dornier System, which holds technical responsibility for the Scatterometer. A short overview of this work is also given.     

A space station experiment on large antenna assembly and measurement

The large assembly antenna in space can meet future requirements of both high frequency and large aperture. This paper proposes an experiment on assembling a large antenna at the Space Station, and discusses a realizable procedure of the experiment. The objective of this experiment is that a large antenna of a 10-m diameter is assembled in space and at the same time problems occurring in the assembling process are clarified by conducting the following experiments: assembly of test articles by manipulators, measurement of both mechanical and electrical performance of the assembled antenna, test of the pointing control system, and operational test. In the operational test, the weather radar development test and the large aperture microwave radiometer development test are conducted. Furthermore, the problem areas and items of further study are discussed in this paper.     

高分辨星载海洋微波辐射测量技术发展综述

星载微波辐射计作为海洋观测的一种重要技术手段,能够全天时、全天候对海洋环境参数进行长期连续的观测,具有宽幅、高精度等特点,能够为数值预报、台风监测、防灾减灾等应用提供重要保障。随着海洋应用需求不断提升,星载海洋微波辐射探测技术也向着更高分辨率、更高精度的方向发展。文章对高分辨率海洋微波辐射测量新技术的概念、系统组成以及发展情况进行了介绍,包括基于密集馈源阵列的多波束推扫辐射计、集中式综合孔径辐射计以及分布式综合孔径辐射计。文章结合三种高分辨率微波辐射测量技术的特点和当前技术水平对未来星载海洋微波辐射测量技术的发展思路进行了讨论,对其中的重要的关键技术进行了梳理,并针对不同应用需求给出了发展建议。     

地球静止轨道微波辐射计技术

静止轨道微波辐射计可实现全天时、全天候、高频次云雨大气观测,在台风、流域性强降水探测和预报方面发挥重要作用。但在波束扫描、多频复用、系统定标等方面的运用存在较大困难,世界上尚无在轨应用先例。现从探测需求出发,对静止轨道微波辐射计进行了系统方案设计。提出了卫星平台与辐射计部件快慢结合扫描的方法,以解决波束扫描和系统定标难题;提出了低频选入射角层叠式布局准光学频段分离方法,以解决多频段复用难题。研制了微波辐射计原理样机,通过实验室和外场试验验证了系统设计,为静止轨道微波探测卫星研制提供了一定指导。     

高分辨率星载合成孔径雷达成像处理方法

提出了一种适用于大距离徒动高分辨率星载合成孔径雷达 (SAR)精确成像的改进Chirp Scaling(CS)成像处理算法 ,以及实现单视图象斑点噪声抑制的基于目标检测的增强无偏最大后验概率 (TDRGMAP)方法。采用这种高精度成像处理方法和单视图像斑点噪声抑制方法 ,可以实现星载 SAR高空间分辨率和高辐射分辨率的雷达图像。     

激光跟踪仪在交会对接微波雷达多径试验中的应用

交会对接微波雷达多径试验是在地面模拟两个飞行器在轨交会对接过程中由舱体表面及遮挡对微波信号造成反射干扰的一种试验,其目的是验证激光雷达系统功能及安装位置的合理性。在近20 m远的距离上,对飞行器舱体上的微波雷达天线和微波应答天线进行角度及距离的精确测量。文章通过对试验环境、测量项目分析及不同精测方案比对,采用激光跟踪仪直接测量舱体结构,获得了准确的基准数据,有助于指导微波雷达在飞船轨道舱上的精确安装和提高交会对接微波雷达多径试验的精度。激光跟踪仪首次应用于交会对接微波雷达多径试验,相比经纬仪在航天器基准测量中具有更大的优势。     

星载ScanSAR天线指向稳定度对辐射校正的影响

基于均匀加权天线模型,推导星载ScanSAR天线指向不稳定引起的多普勒中心频率估计误差,建立多普勒中心频率估计误差与图像辐射校正精度之间的数学模型,进而提出星载ScanSAR辐射校正对天线指向稳定度的要求。最后,通过计算机仿真,验证了理论分析的正确性。     

星载微波辐射计天馈系统噪声温度分析

星载微波辐射计在轨运行时,影响天线温度的因素与天馈系统的空间与时 间的不稳定性有关。在最坏情况下,裸露在卫星舱外的天线物理温度的变化值可达±
150℃,而且太空环境和卫星舱内环境存在一定的温度差异,使得连接天线与开关 的波导存在一定的温度梯度。依次分析了反射面对观测信号传输的影响,天线馈源物理 温度在-150℃～150℃范围内时的噪声温度,温度梯度对计算连接波导噪声温度的影响。利 用上述的分析结果,确定了天馈系统的在轨测温方法以满足星载微波辐射计精确定标的要求 。
     

雷达方程在星载合成孔径雷达中的应用研究

首先推导出多工作模式合成孔径雷达的通用雷达方程，并对方程中各参数的物理意义和应用方法作了详细说明，然后论述了在星载条件下考虑距离模糊和方位模糊影响时，如何选择脉冲重复频率并进行工程优化设计，最后给出了上述模型的计算机仿真结果。     

雷达射频前端的仿真设计

采用自顶向下的设计方法,设计了工作于S波段的带宽为100MHz的雷达接收前端.使用Agilent公司的ADS微波设计软件对系统性能进行了仿真论证.分别设计了低噪声放大器、混频器、中频放大器模块,仿真结果均达到要求.前端仿真结果:增益大于75dB,噪声系数小于3dB,镜像抑制度为60dB,灵敏度为-90dBm,动态范围为50dB.     

星载微波湿度探测仪初探

讨论了星载微波湿度探测仪工作频率的选择，介绍了国外的研究两头探讨了星载微波湿度探测仪的设计方案，提出了短毫米波和亚毫米波低噪声接收技术是研制这类探测仪的技术关键。最后指出，根据我国上前的技术水平，研制短毫米波的星载微波大气温度探测仪是可行的。     

高分辨率星载聚束式SAR改进的ECS成像算法

提出一种适用于高星载聚束式合成孔径雷达（SAR）的改进Extended Chirp Scaling（ECS）算法。基于斜视距离等效模型，推导出改进的ECS算法，给出改进的方位Scaling因了以及算法的实现步骤。在斜视情况下改进的方法Scaling因子可以减小算法所需要的方位时间展宽，提高方位处理效率。为解决高分辨率星载聚束式SAR脉冲重复频率（PRF）过高等问题，在算法中结合了子孔径处理，并分析了采用子孔径处理的必要性及其实现方法。最后，通过计算机仿真，验证了算法的有效性。     

基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像

为克服传统雷达面临的带宽瓶颈,提升其分辨率,利用微波光子倍频与混频技术对宽带雷达信号进行处理,构建宽带雷达,成功实现了实时高分辨雷达成像。构建的微波光子雷达样机带宽高达12 GHz,实现逆合成孔径雷达成像的二维分辨率优于2 cm×2 cm,成像速率高达100帧/s。在该雷达架构基础上构建了多输入多输出微波光子雷达,在相同的相参累积时间内,能进一步提高雷达成像的方位向分辨率。研究结果表明:微波光子技术是突破传统雷达频率与带宽限制的有效手段,有望在未来实时高分辨雷达探测与成像中发挥重要作用。