空間中心在干涉成像微波輻射計天線陣設計方面取得進展

2017-05-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

干涉成像微波輻射計是被動微波遙感領域中的一種重要探測器,它利用綜合孔徑干涉測量技術對觀測目標的微波輻射進行成像探測。相比傳統的真實孔徑微波輻射計,干涉成像微波輻射計容易實現更高的空間分辨率,同時還具有大視場快速成像、無需機械掃描、方便折疊展開、適合空間運載等優點,因此干涉成像微波輻射計在空間對地觀測領域具有重要的應用價值,是目前被動微波遙感領域的一個研究熱點。

天線陣設計是干涉成像微波輻射計系統設計的關鍵環節,它直接影響到探測器的多項性能指標。目前最常用的天線陣構型是Y形天線陣,例如歐洲空間局(ESA)發射的海表鹽度和土壤濕度衛星(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星計劃(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衛星的實際運行過程中得到了證實,所以SMOS研究團隊在綜合比較了多種天線陣構型后,提出在下一代SMOS衛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型?還有沒有更優的選擇?這引起了研究人員的很大興趣。

圓環滿陣是一種常見的天線陣形式,在天線陣波束合成領域應用廣泛,但在被動干涉成像領域卻罕見應用,主要是由于其無法獲得均勻的uv采樣網格,因此一直被領域內科研人員所忽視。

近期,中國科學院國家空間科學中心微波遙感技術重點實驗室研究員吳季(IEEE Fellow)率領其科研團隊對干涉成像微波輻射計天線陣的分析方法進行深入研究,在已有理論基礎上凝練出了采樣靈敏度因子和不確定性因子,同時對綜合陣因子的波束效率進行了重新定義,使其更貼近實際物理意義。這三個新定義的參數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,并結合自主提出的基于偽極網格的成像處理算法對圓環滿陣進行了深入分析,并與六邊形陣進行了對比。對比結果表明:具有相同單元天線數量和觀測視場時,圓環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。因此圓環滿陣在溫度靈敏度和RFI抑制方面表現更為出色。

該項研究成果有助于促進圓環滿陣在干涉成像微波輻射計領域的應用,所提出的分析方法對天線陣的選型和設計具有重要參考價值,該成果近期發表在遙感學術期刊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.