HY-2卫星定标检验场多波段微波辐射计系统设计

Oceanic Multiband Microwave Radiometer（OMMR）是针对中国HY-2卫星扫描微波辐射计的定标和检验而设计的五频段十通道微波辐射计. 由于工作环境恶劣以及仪器长期稳定连续360°观测的需求,使其研制具有较大挑战. 本文重点介绍该微波辐射计的系统构成、技术指标设计与实现,阐述了系统指标测试和定标过程. 测试结果表明其满足设计要求.      

K波段微波高光谱辐射计的晴空定标方法

K波段微波高光谱辐射计应用于大气探测方向,能够减少地表至对流层内的大气廓线误差和提高廓线的垂直分辨率.针对平均辐射温度在宽大气频谱和不同天空仰角下存在浮动的问题,结合所统计的北京地区往年廓线数据和晴空条件下的Liebe大气吸收模型（1993）,提出了一种微波高光谱下改进的晴空定标方法.相比于传统的晴空定标方法,该方法利用先验的气象数据对定标过程进行优化计算,有利于提高平均辐射温度的预测精度.误差分析结果表明当K波段微波高光谱辐射计采用改进的晴空定标方法时,能够有效减少平均辐射温度对其定标误差的影响.      

增益对星载微波辐射计系统线性度的影响分析

针对星载微波辐射计中检波器的工作特性进行分析. 观测固定目标时, 通过调节AGC (Automatic Gain Control)的大小, 定量分析系统伏安特性曲线, 对星载微波辐射计系统线性度进行定性分析. 结果表明, 通过调节AGC大小, 系统增益发生变化, 导致检波器工作区间发生微弱变化, 通过两点定标不能完全消除由于增益引起的非线性误差. 对一定亮温范围的观测目标进行分析, 结果证明, AGC变化时反算亮温与实际目标亮温差值随观测亮温的变化而成非线性变化. 从而证明, 系统增益变化导致的亮温变化通过两点线性定标并不能完全消除. 在系统正常工作或实时定标过程中, 要尽量避免调节AGC值, 保证微波辐射计系统工作在线性区间.      

中国星载微波辐射计地面定标技术的研究进展

综述了中国微波辐射计地面定标技术的发展历程和研究成果。详细介绍了中国风云三号气象卫星热真空定标总体技术方案,以及近期在微波波段宽带定标源优化设计和研制、发射率测量技术、实验室定标与热真空定标方法及亮温传递系统不确定度分析方面取得的研究成果。对未来需要开展研究的定标技术做了初步分析。     

微波波段黑体定标源电磁特性优化设计的研究

对风云系列气象卫星微波成像仪、微波温度计热真空实验黑体定标源的电磁特性进行了仿真优化设计研究,优化目标为后向RCS最小以实现黑体法向发射率接近1。基于可跨越介质边界的亚网格时域有限差分法分别对方锥和圆锥金属基体在非涂覆和涂覆吸波材料为0.5~3.0 mm厚度,频率为10.65 GHz的情况进行了对比分析,圆锥的最佳涂覆厚度为1.5 mm,其后向RCS值明显优于方锥的最佳涂覆厚度2.5 mm达7.5 dBsm.在10.65 GHz频段内采用圆锥结构设计的黑体定标源可实现更高的发射率,同时由于最佳涂覆厚度比较薄,可以有效降低劈尖结构产生的温度梯度,实现定标源的温度均匀性。     

嫦娥一号和二号卫星微波探测仪数据的交叉定标与一致性

嫦娥一号（CE-1）和嫦娥二号（CE-2）卫星分别于2007年和2010年发射，其上搭载着相同的微波探测仪（CELMS）.由于在轨定标和探测时间不同，两星的CELMS数据存在差异.为了提高数据的一致性，基于月球极区永久阴影区（PSR），利用两步定标法对两星的CELMS数据进行交叉定标和时间校正.通过对不同纬度的亮温进行分析可知:两星的CELMS数据在3GHz，19.35GHz和37GHz通道的一致性良好；在中低纬度区域，CE-2卫星7.8GHz通道的亮温较CE-1卫星高，随着纬度的升高，差异逐渐变小并趋于一致.为避免经度跨度大对亮温的影响，选取云海盆地对交叉定标结果进行定量分析，结果表明两星在该区域的一致性良好，平均误差小于0.2K.由此可知，交叉定标和时间校正明显提高了两次观测数据的一致性，减小了由测量误差和时间变化引起的差异.      

发动机尾焰微波衰减测试方法研究

基于发动机试验环境,研究了发动机尾焰微波衰减的测试方法,搭建了一套微波衰减测试系统,能够实现多频点测量,并对发动机尾焰微波衰减测试系统的研究路线、测试原理、硬件组成、现场布局、测试系统定标技术、测量设备不确定度、试验结果进行了介绍;试验结果表明,该测试系统具有较好的测试效果,测试精度能够满足要求。经过现场试验获得大量实测数据,通过有效的数据处理,能够预估发动机尾焰对微波信号传输的影响。     

星载被动微波遥感技术及其应用进展

星载被动微波遥感是指利用高灵敏度接收机通过接收场景和目标的自然微波辐射来提取目标信息的一种遥感手段。被动微波遥感又称微波辐射计遥感。人类利用微波辐射计从空间进行对地遥感已有50多年的历史。目前,星载微波辐射计已经成为气象和海洋卫星的主载荷,在数值天气预报、海洋环境监测和全球变化研究中发挥着越来越重要的作用。本文分析了国内外星载被动微波遥感技术与应用进展,以及被动微波遥感技术发展趋势及其关键技术问题,针对中国星载被动微波遥感的定量化应用,在数据与数据处理流程,算法标准化、亮温和反演参数的定标/检验标准化等方面提出了一些思考和建议,以期望被动微波遥感数据被越来越广泛地得到应用,最大限度地提升星载地球被动微波遥感技术的应用效能。     

基于月球的吉林一号卫星在轨辐射定标研究

为了使吉林一号卫星遥感数据得到更好的应用,利用月球为辐射源对吉林一号光谱卫星进行了在轨绝对辐射定标研究,以对实验室定标系数进行改进。考虑到定标系数具有时效性,将观测数据按时间分组后定标,利用ROLO模型计算卫星观测时刻月球辐照度,构建ROLO模型值与卫星观测值之间的关系并进行最小二乘拟合,从而获得19个谱段的两组定标系数。最后,将定标结果与吉林一号场地定标、高分四号卫星和SeaWiFS月球观测数据进行对比验证。结果表明：对月定标结果稳定,两组定标系数线性拟合的不确定度分别为1.72%和1.24%;在光谱形状上,利用月球定标后月球光谱曲线平滑,光谱形状与月球辐射特性一致,与场地定标相比,各波段相对大小在定性上得到极大改善;在绝对辐射值上,定标结果与高分四号卫星月球辐照度平均相对误差为8.1%,与SeaWiFS两个波段的平均误差为0.90%和7.42%。本研究说明月球定标是卫星在轨辐射定标及真实性检验的有效途径。     

L波段有源冷噪声源研究

本文介绍了有源冷噪声源的应用背景及发展现状。根据微波场效应晶体管常温下输出稳定低噪声的特性，以Avago公司的两种典型pHEMT晶体管为核心器件进行了ADS仿真设计，研制出两款有源冷噪声源。给出了对设计的两款器件的技术指标进行验证的L波段周期定标辐射计设计框图。仿真结果表明，以pHEMT型晶体管为核心器件设计成的L波段有源冷噪声源能输出稳定低噪声。     

用于辐射计定标源发射率测量的标定方法

针对用于风云系列卫星有效载荷微波辐射计的地面定标的定标源的双站测量系统进行建模,引入与待测的有限大周期方锥阵列定标源结构一致的锥形阵列金属标定体(标定锥),取代常规的标定金属平板(标定板).通过基于三维时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)算法和等效时谐场外推理论的仿真,结果显示标定锥具有与定标源相似的散射分布特性,并通过基于天线近场耦合理论的分析,标定锥与定标源具有相近的天线耦合功率密度分布,因此,用标定锥作为标定体可有效地消减由天线口面带来的近场天线耦合的误差.对于文中给定的定标源模型,在不考虑收发天线直接耦合的条件下,采用标定锥取代标定板进行标定可以将定标源发射率的测量精度提高一个数量级.      

基于Labview的功率计自动校准系统

设计开发了微波功率计在PC机上的自动校准系统,该系统基于Labview在PC机上进行通信控制和数据处理。文中给出了校准原理、程控技术和程序实现过程。该校准因子自动校准系统现已运用到实际工作中,其相对于手动测试,提高了测量速度和效率,测试数据量大,实用性强。     

舵面展开机构模拟系统校准方法研究CSCD

通过对舵面展开机构模拟系统的原理分析,提出了原位校准方法,介绍了现场模拟系统的校准方法,解决了专用测试设备无法校准的问题,对于今后指导专用测试设备的校准起到了很好的指导意义。通过对扭矩的试验结果分析了测量不确定度的来源、评定方法和评定过程。     

卫星磁载荷现场校准技术研究

本文介绍了一种卫星磁场探测载荷现场校准技术,设计了拆分式磁场线圈、无磁支架等,研制了校准装置。利用该技术实现了对卫星磁载荷在整星测试、发射前等多个阶段的测试校准,解决了卫星载荷在星体装配完成后无法测试的难题,提高了磁载荷测试数据可靠度,保证了科学实验的有效性。该校准技术已服务于我国首颗地磁监测试验卫星(张衡一号卫星),对其磁场探测载荷在整星测试、出厂测试、发射场技术确认等多个阶段进行了校准,取得了很好的应用效果。     

卫星磁载荷现场校准技术研究

本文介绍了一种卫星磁场探测载荷现场校准技术，设计了拆分式磁场线圈、无磁支架等，研制了校准装置。利用该技术实现了对卫星磁载荷在整星测试、发射前等多个阶段的测试校准，解决了卫星载荷在星体装配完成后无法测试的难题，提高了磁载荷测试数据可靠度，保证了科学实验的有效性。该校准技术已服务于我国首颗地磁监测试验卫星（张衡一号卫星），对其磁场探测载荷在整星测试、出厂测试、发射场技术确认等多个阶段进行了校准，取得了很好的应用效果。     

应变测量仪自动校准系统设计CSCD

针对飞机静力、疲劳、铁鸟及风洞等强度试验中大量使用由LXI EX1629应变测量仪组成的大型应变测量系统通道数多校准项目多,采用手动校准工作量大、周期长、效率低、并容易出错等问题。利用标准仪器通信接口和被校设备的LXI标准网络化测控系统的嵌入式设备高可靠性及快速通讯方式,在VEE Pro软件开发平台上,设计开发出一套应变测量仪自动校准系统,实现了应变量测量仪和应变量放大器多路同步快速自动校准。系统包括设备管理、校准及打印输出三个主模块。试验结果表明:系统运行可靠、有效、精度高。该校准系统在飞机研发试验中发挥了重要作用,具有广泛的应用前景。     

A new algorithm on increasing the sensitivity of microwave radiometer based on nonlinear prediction

Currently, microwave radiometer, which has been one of the most important remote sensors in the land, ocean or atmosphere remote sensing, has played a vital role in space exploration such as the lunar exploration in China. As a passive remote sensor, microwave radiometer receives the noise resembling signals that are generated by microwave radiation while mixed with the systemic noise of the receiver. Therefore, it is the significant subject that how to improve the sensitivity of microwave radiometer that people devotes to study. And on the system noise reduction lies the key. So far, except through choosing low noise element to the receiver, there is no effective alternative to remove the influence of the systemic noise on output uncertainty of microwave radiometer. However, for the purpose of providing or inspiring solution to this problem, this paper inquires into the application of nonlinear predictive method in predication the systemic noise of microwave radiometer. As the substance of the method, neural network shows its function on reducing the systemic noise effectively by estimating and predicating it. Because neural network can improve the estimated precision when estimating the systemic noise, after the noise passes through filter, certain random characters are lost while determinacy are presented to some extent. In fact, the more narrow filter band is, the smaller predictive error will be. The results are of assistance in understanding the intrinsic quality of the systemic noise and offer a new way for improving property of microwave radiometer.