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Ka波段模拟型全极化微波辐射计研究

作　者: 王新彪
导　师: 姜景山；李靖
学　校: 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
专　业: 计算机应用技术
关键词: 全极化微波辐射计 Stokes参数定标模拟复相关器
分类号: TP722.6
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

全极化辐射测量是一种新的微波遥感参数的探测技术,它测量目标微波辐射的全部4个Stokes极化参量,对于表面粗糙度各向异性特性的探测以及目标的分类与识别具有很好的前景。全极化微波辐射计对海洋风场的测量和研究具有重要意义,它通过测量目标的Stokes矢量来得到目标的全部极化信息,这对传统的海洋风场测量是一种有效的补充。本论文研制了一种Ka波段模拟型全极化微波辐射计,内容涵盖系统原理、系统设计、模拟复相关器的研制及测试、定标并对全极化微波辐射计主要参数进行了分析。全极化微波辐射计是一种新型的微波遥感器,其中相关器是全极化微波辐射计的关键部件。本论文提出了一种直接相关型模拟复相关器,其具有灵敏度高,体积小,功耗低等优点。对模拟复相关器进行误差分析,给出减少复相关幅度误差和相位误差的方案。按此方案对模拟复相关器进行了设计和研制。得到了模拟复相关器测量结果及全极化微波辐射计噪声测量结果。结果表明采用此模拟复相关器的全极化微波辐射计具有较好的极化测量性能。同时,本文也介绍了一种加法型模拟复相关器,它采用混合耦合器构成移相网络,在中频将电磁波相位调整到特定状态,从而实现了用加法思想获取全部的Stokes参量。分别研制了分布参数和集总参数的移相网络,对它们进行了测量和比较。最后对加法型模拟复相关器进行了整体噪声源测试。本文对全极化微波辐射计的定标原理和硬件实现技术也作了详细介绍。在三极化定标方案的基础上,给出了实验室全极化外定标实现方案。利用相位延迟板横放和竖放之间理论上的相位关系,实现了延迟板的实际相位值测量,最终给出了四个Stokes参量定标结果。同时给出了定标不确定分析和误差分析结果。文章最后介绍了衡量全极化微波辐射计系统的重要参数测量及其结果分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章概述  11-15
  1.1 微波辐射测量及其特点  11-12
  1.2 辐射测量的新发展及全极化微波辐射计的提出  12-13
  1.3 全极化微波辐射计系统及其发展  13-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-15
第二章全极化微波辐射计系统原理  15-44
  2.1 极化  15-19
    2.1.1 海面的反射率跟极化特性的关系  16-18
    2.1.2 发射率跟极化特性的关系  18-19
  2.2 全极化微波辐射计所测量的极化信息  19-22
    2.2.1 Stokes 参量  19-20
    2.2.2 全极化微波辐射测量中极化信息的利用  20-22
  2.3 全极化微波辐射计设计原理  22-23
  2.4 全极化微波辐射计的几种类型分析  23-27
    2.4.1 模拟直接相关型全极化微波辐射计  23-24
    2.4.2 模拟加法型全极化微波辐射计  24-27
  2.5 全极化微波辐射计工作原理  27
  2.6 全极化微波辐射计复相关的误差分析  27-35
    2.6.1 系统上的复相关误差分析  28-29
    2.6.2 直接相关型复相关器误差分析  29-30
    2.6.3 加法型复相关器误差分析  30-35
  2.7 全功率辐射计的噪声分析  35-38
  2.8 灵敏度分析  38-39
    2.8.1 传统双极化通道灵敏度  38-39
    2.8.2 第三第四 Stokes 通道灵敏度分析  39
  2.9 系统噪声温度  39-40
  2.10 线性度及动态范围  40-42
  2.11 稳定性  42-43
  2.12 小结  43-44
第三章 Ka 波段模拟型全极化微波辐射计系统设计  44-52
  3.1 总的方案设计  44-47
    3.1.1 全极化微波辐射计的系统硬件构成  44-45
    3.1.2 测量精度对系统隔离度以及复相关器角度精度的指标要求  45-47
  3.2 Ka 波段全极化微波辐射计系统微波前端  47-50
    3.2.1 正交耦合器（OMT）  47-48
    3.2.2 噪声源  48-49
    3.2.3 魔 T 与耦合器组成的波导连接系统  49-50
  3.3 中频滤波放大和相关检波模块  50-51
  3.4 小结  51-52
第四章直接相关型模拟复相关器  52-79
  4.1 直接相关型模拟复相关器构成  52-54
  4.2 宽带数控移相器及其测量结果  54-57
    4.2.1 移相器64 相态线性度及精度测量  55-56
    4.2.2 移相器在宽带下的测量及结果分析  56-57
  4.3 乘法器单元  57-63
    4.3.1 乘法器单元的测量及性能分析  58-62
    4.3.2 乘法器单元的积分电路  62-63
  4.4 用移相器构成的复相关器测量结果及分析  63-70
    4.4.1 点频上模拟复相关测量  63-64
    4.4.2 复相关器测量结果分析  64-66
    4.4.3 复相关器测量结果修正  66-68
    4.4.4 利用修正后的结果来模拟反演相位  68-70
  4.5 用移相器构成的模拟复相关器宽带上的测量  70-73
    4.5.1 宽带上的相位平坦度测量  70-71
    4.5.2 宽带上的相位反演能力测试  71-73
  4.6 用移相器构成的模拟复相关器噪声测量结果  73-75
  4.7 用功分器构成的复相关器噪声测量及分析  75-77
    4.7.1 用90 度功分器构成的模拟复相关器的相位分析  75-77
    4.7.2 噪声源测量结果及相位反演分析  77
  4.8 小结  77-79
第五章加法型模拟复相关器  79-88
  5.1 移相网络测量结果及分析  79-85
    5.1.1 各端口的传输特性  80-83
    5.1.2 移相网络的整体特性测量  83-85
  5.2 加法型模拟复相关器整体测量结果  85-87
  5.3 小结  87-88
第六章全极化微波辐射计的定标  88-114
  6.1 概述  88
  6.2 全极化微波辐射计内定标  88-90
    6.2.1 相关噪声源定标  88-89
    6.2.2 全极化微波辐射计内定标  89-90
  6.3 全极化微波辐射计外定标原理  90-91
  6.4 线极化定标源  91-100
    6.4.1 理论背景  92-94
    6.4.2 测量结果  94-97
    6.4.3 测量结果与理论结果分析  97-100
  6.5 全极化定标源  100-102
  6.6 实验室外定标实现方案  102-113
    6.6.1 辐射传输方程  103
    6.6.2 前三个 Stokes 参量的外定标实现  103-106
    6.6.3 延迟板的实际相位值测量  106-108
    6.6.4 四个Stokes 参量定标结果  108-111
    6.6.5 定标不确定性和定标误差分析  111-113
  6.7 小结  113-114
第七章衡量全极化微波辐射计系统的重要参数测量  114-120
  7.1 灵敏度测量  114-115
  7.2 准确度测量  115-117
  7.3 稳定性测量  117-119
  7.4 小结  119-120
第八章论文总结  120-131
  8.1 全文总结  120-123
    8.1.1 Ka 波段模拟型全极化微波辐射计系统原理及设计  120-121
    8.1.2 直接相关型和加法型模拟复相关器  121-122
    8.1.3 全极化微波辐射计定标技术  122-123
  8.2 本论文的主要研究进展及贡献  123-124
  8.3 需要继续研究的问题  124-131
    8.3.1 从硬件上来实现去模糊问题  124-126
    8.3.2 旋转波片直接检波极化辐射计  126-131
附录  131-133
参考文献  133-141
论文及专利  141-143
致谢  143

Ka波段模拟型全极化微波辐射计研究

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