微波辐射计静止轨道遥感试验技术

在地球静止轨道上对大气进行微波遥感探测尚无先例。为验证静止轨道微波探测仪器关键技术,研究高轨微波辐射传输特性并积累遥感数据,研制了微波探测试验载荷,搭载于风云四号A星进行在轨试验。微波探测载荷采用真实孔径圆周扫描体系,配置双频段(183,425 GHz)五通道。载荷在轨试验中,各项指标正常,183GHz频段灵敏度优于0.5K,425GHz灵敏度优于1.9K,性能稳定并超过3个月考核寿命。对微波探测载荷183GHz与极轨载荷先进技术微波辐射计(advanced technology microwave sounder,ATMS)进行亮温交叉比对的结果显示,两者亮温相近,变化趋势一致,验证了探测数据的有效性。载荷还在静止轨道获取了极轨无法探知的3K/h量级亮温变化,并在风云四号A星姿态调整期间完成了静止轨道微波遥感成像。验证了在静止轨道上进行真实孔径体制微波遥感探测的有效性。     

SMOS在轨定标概述

SMOS卫星的唯一载荷MIRAS是一个二维综合孔径微波辐射计,具有72个接收机以及约5 000个数字相关单元,是目前在轨的最复杂的综合孔径微波辐射计。MIRAS在轨定标采用分步定标的方法,将系统采用不同的定标方法分别进行校正。文章首先介绍了MIRAS定标系统的组成,其次介绍了系统定标的方法,最后介绍了在轨定标的过程。     

镜像综合孔径微波辐射成像原理验证实验研究

为验证镜像综合孔径微波辐射成像的原理,设计了V波段镜像综合孔径辐射成像原理实验系统(MAS-V),介绍了系统组成及原理并进行了电暖器辐射成像及空间分辨率实验,电暖器热辐射部分清晰可见,且轮廓与光学图像结果一致。实验结果表明:镜像综合孔径微波辐射成像的原理正确。对于相同的天线阵列,镜像综合孔径的空间分辨率优于常规综合孔径,约为其2倍。若增大反射板与天线阵列的距离,镜像综合孔径的空间分辨率将进一步提高。研究结果为镜像综合孔径微波辐射成像方法应用于静止轨道大气遥感提供了参考。     

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法，其实现包含两个关键要素：系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前，在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上，对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍，并对成像精度进行了分析，验证了整体定标的可行性。接着，提出了在轨G矩阵定标方法，并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法，该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵，能够简化分步定标各系统参数的定标过程，实现符合设计的成像精度，为后续高精度的图像重构算法提供保证，给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。     

综合孔径辐射计灵敏度计算公式的比较

灵敏度是综合孔径辐射计的关键技术指标。文中对现有文献中综合孔径辐射计的灵敏度计算公式进行归纳与比较,并证明在被测场景的亮度温度分布均匀的条件下,综合孔径辐射计的灵敏度和反演得到的亮度温度(即图像的亮度温度)的标准差在数值上是几乎相等的。     

星载辐射计动平衡概述及在轨动平衡技术研究

作为卫星在轨对地探测的有效载荷，星载辐射计在轨扫描转动时的动平衡特性直接影响卫星在轨探测精度和姿态稳定度。文章介绍星载辐射计动平衡技术研究现状和发展趋势，并基于现有地面动平衡技术的局限和型号发展需求提出在轨动平衡技术的初步设想，阐述了在轨动平衡配平技术、测量技术和实时调整反馈控制技术，可为今后类似旋转式星载辐射计的动平衡设计和动平衡控制方法提供参考依据。     

静止轨道实孔径微波载荷卫星构型方案研究

静止轨道实孔径微波载荷可实现全天时、全天候、高频次云雨大气观测，是台风、流域性强降水等致灾天气预报的重要手段。由于技术难度和研制经费等原因，世界上尚无在轨应用的先例。针对实孔径微波载荷系统集成度高、机械尺寸和跨距大，以及静止轨道卫星需要携带大容量燃料贮箱的问题，从准光学系统内嵌卫星平台、三贮箱平铺和天线统筹布局等3个总体系统层面，提出实孔径微波载荷与平台一体化构型，并研制了卫星结构星和载荷工程样机。通过地面试验验证了该构型方案，为静止轨道微波探测卫星研制打下了坚实的基础，也可为后续卫星提供借鉴。     

天基海表精细探测微波载荷性能分析与展望

海表精细探测是海洋卫星未来发展的重要方向。介绍卫星海表参数探测的特点与优势，总结海表温度、海表高度、海表盐度等要素，分析天基探测载荷的发展现状。根据海表参数时空变化特性，分析高时空分辨率微波探测载荷性能需求。在此基础上，针对美国和欧洲相关卫星系统发展计划，分析了高时空分辨率、高精度天基微波探测载荷可实现性与未来发展趋势，针对海表精细探测天基微波载荷的发展提出了建议。     

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 。
     

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。