实时定标微波辐射计的仿真研究

实时定标微波辐射计是一种新体制的微波辐射计,它能有效地消除系统增益波动和有效本机噪声波动的影响,适合星载应用。对以全功率微波辐射计为基础的实时定标微波辐射计进行了仿真研究,建立了系统各环节的仿真模型。在仿真试验中,采用了快速离散傅里叶变换处理信号,分析并缓解了由于频程跨度大带来的频率分辨率与采样点数之间的矛盾。仿真结果为优化设计提供了重要参考,并证明所建模型准确、有效,也为进一步实现星载环境仿真调试奠定了基础。     

全极化微波辐射计对环境参数敏感性分析

为衡量全极化微波辐射计各通道对不同环境参数的探测能力,在构建全极化微波辐射传输正演模型的基础上,采用敏感性分析的方法,在固定背景场条件下,对全极化微波辐射计不同频率、各极化通道亮温对海面风速、海面风向、海面温度、大气水汽含量和云中液态水含量等重要环境参数的敏感度进行了分析和量化计算,对正演模型仿真亮温、星载全极化微波辐射计Wind Sat实测亮温相对于真实背景场参数、NCEP分析场资料和TAO/TRITON浮标实测海面风场数据的敏感性进行了分析。分析结果验证了全极化微波辐射计对海面风场的观测能力,衡量了上述重要环境参数对星载全极化微波辐射计各通道的单独影响程度,为中国自主研制全极化微波辐射计时通道指标设计、环境参数反演通道选取及算法提供支持。     

多通道地基微波辐射计大气遥感

本文主要介绍了自主研发的多通道地基微波辐射计观测亮温和数据反演方法,并与探空观测值进行对比,分析了辐射计观测亮温、反演的温度和水汽廓线的精度。结果表明,该仪器亮温观测误差小且利用神经网络反演的大气温度及水汽等廓线参数准确可靠,具有实际应用价值。     

机载L波段主被动一体化微波探测仪辐射计定标

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。在闪电河流域水循环与能量平衡遥感综合试验中,利用机载L波段主被动一体化微波探测仪开展了以土壤水分为首要目标的大型航空遥感试验。其中,被动探测部分即微波辐射计采用微带天线,辅以机械扫描方式进行多角度成像观测。为有效支撑微波辐射计数据的处理及定量反演,必须对机载微波辐射计进行实时定标,本文采用分步定标法进行辐射亮温的定标,即在实验室对定标链路中的噪声源进行定标,得出对应的辐射亮温;飞行试验中,利用该两个参考点得到辐射计输出电压和亮温的关系,同时选取试验区域附近的水体作为外定标参考点,进行定标方程的修正。结果表明,机载辐射亮温与地面参考点(草地)模拟亮温比较吻合,二者对比结果显示均方根误差最小为0.93 K (2018-09-26,H极化),无偏均方根误差最小为0.96 K (2018-09-24,V极化),有效支撑了国产L波段微波辐射计相关卫星计划的论证以及后续的定量反演与降尺度等相关研究工作的开展。     

多频段微波辐射计对土壤湿度的遥感和理论计算

本文采用多频段(1.4,5.4,9.2,36GHz)微波辐射计测量了不同湿度土壤的微波辐射亮度温度。应用非均匀温度湿度廓线的耗散介质的起伏逸散定理和WKB法,进行了理论模式的数值计算,并和实验结果取得了很好的一致。还对极重函数、非均匀廓线和其它参数作了定量的灵敏度分析。     

武汉地区大气特征的日变化及季节变化分析

大气温度和湿度是描述大气动力和热力状态的重要参数。重点分析武汉地区由微波辐射计测量获得的温度和湿度廓线、大气边界层高度(atmospheric boundary layer height,ABLH)以及液态水路径(liquid water path,LWP)廓线的日变化及季节性变化。首先在有云和无云情况下,对RPG-HATPRO型微波辐射计和探空气球的探测结果进行比较。微波辐射计反演得到的温度、湿度在2 km以下相较于探空气球偏低,2 km以上则均表现为偏高;观测精度会因天气条件的不同而变化,使用微波辐射计产品时,应着重考虑云的影响。然后分析2011—2015年各气象要素的日变化和季节变化,实现武汉地区对流层大气的热力学表征。ABLH从上午8时开始增加,下午15时达到最高值,之后开始下降,在夜间整体保持稳定。LWP在夜间含量要高于白天,冬季高于夏季。结合高度信息,分析得出相对湿度(relative humidity,RH)在0～1 km随高度的增加而上升,随后下降。对武汉地区气象参数的日变化与季节性变化进行观测与分析,为气象探测、大气污染研究、空气质量监测、天气预报等提供了可靠信息。     

神舟四号飞船微波辐射计定标和检验（Ⅱ）——微波辐射计地物参数反演及其检验

针对神舟四号飞船微波辐射计(RAD)特殊入射角、频率的特点,开发了海面和大气参数的反演算法。然后用这个算法模拟RAD不同通道的亮温。最后用发射后重新定标的亮温结合国外大洋浮标、小岛上的气象探空数据以及其他星载微波辐射计产品,对RAD反演算法进行改进,最后给出海面温度、风速和大气水汽含量的反演的结果,并且对这些结果进行了检验。     

粗糙度对被动微波遥感反演土壤水分影响的试验研究

土壤水分是气象预报、农情监测及水文模型的重要参数之一,利用被动微波遥感技术可以有效获取土壤水分。本文分析被动微波遥感反演土壤水分的国内外研究现状,在前人相关理论与方法的研究基础之上,基于土壤的微波辐射特性,通过双波段(C、Ku)微波辐射计对不同水分、不同表面粗糙度的土壤微波辐射特性进行了试验研究,分析土壤湿度与微波发射率、土壤粗糙度与微波遥感指数之间的定量关系,并建立了土壤湿度与微波发射率、粗糙度与微波遥感指数间的经验模型。     

水面油膜微波辐射特性的研究

用36GHz和9.2GHz微波辐射计测量了不同厚度的水面油膜的亮度温度,应用并矢格林函数及起伏逸散定理进行了理论模式的数值计算,同实验取得了基本一致的结果。     

海冰微波辐射的数值模式和遥感实验测量

本文用多频段微波辐射计(1.4,3.09,5.4,36 GHz)对辽东湾和渤海湾的海冰热辐射进行了遥感测量。海冰模拟为一层介电强起伏的各向异性的随机介质。求解随机介质的辐射传输方程,得到海冰的辐射亮度温度。数值计算的结果与实验数据进行了比较,并对辐射亮度温度和海冰各种参数之间的函数关系进行了讨论。     

SZ-4飞船多模态传感器辐射模态数据处理与质量评价研究

研究了飞船多模态传感器中辐射模态1B产品数据的处理以及生成全球亮温图的方法,对辐射模态数据与SSM/I和AMSR-E星载微波辐射计对应通道进行了星星比对分析,建立了对应通道之间的线性关系。结果表明,飞船辐射模态亮温与SSM/I及AMSR-E的测量值在绝对幅度上相差较大,但却高度的线性相关,这在一定程度上说明了SZ-4辐射模态各通道亮温对地表微波辐射响应的能力。     

神舟四号飞船微波辐射计定标和检验（Ⅰ）——微波辐射计外定标

文中针对神舟四号飞船辐射计 (RAD)的在轨定标特点 ,提出一种替代外定标方案 ,即利用地球表面典型地物的微波辐射对RAD的不同通道重新进行定标。选取了全球大洋开阔海域的浮标、星载微波辐射计产品和小岛上气象探空数据 ,通过理论计算得出的亮温作为辐射计测量的低端。利用南美洲热带雨林亮温作为高端 ,重新给出了RAD定标方程。同时 ,为了确定定标的效果 ,分别与国外星载微波辐射计相同或相近通道的亮温进行了比较。另外还结合南海地面配合试验的测量结果对辐射计定标数据进行了分析。     

双模态微波遥感器的研制

散射计和辐射计是微波遥感信息获取的重要遥感器。文中提出了利用公共高频通道将散射计与辐射计组合成散射辐射计的设计思想,作者根据该思想研制成功了Ｘ波段散射辐射计。文中给出了该散射辐射计的工作原理、工作时序及性能指标。通过野外测量实验证明,利用该思想研制散射辐射计是可行的     

山区地形效应对微波辐射特征与土壤水分反演的影响—以青藏高原地区为例

采用星载微波辐射计AMSR-E的低频C波段(6.925GHz),改进了山区微波辐射传输方程,以中国青藏高原地区为例,研究山区可能产生的多种地形效应对微波辐射特征以及土壤水分反演的影响。结果表明,地形效应使得垂直极化亮温最多衰减达到16K,水平极化的亮温最大增强了18K,土壤水分在地形的影响下将被高估超过最大允许误差4%。最后,利用地形效应模拟模型计算的山区地表有效发射率,为山区土壤水分的反演提出了可行的地形校正方法。     

微波辐射计的逆向辐射对定标及辐射测量的影响

微波辐射计是一种无源的微波遥感器,系统中存在逆向辐射,它通过无线向外辐射能量。逆向辐射温度的大小与接收机的噪声温度和前端器件有关,系统中的逆向辐射温度对微波辐射计的定标及陆基微波辐射计天底角附近的微波辐射测量都产生一定的影响。     

Effects of Resonances in Corrugated Horn Antennas for a 22-GHz Balancing Radiometer

The Stratospheric WAter vapor RAdiometer (SWARA) is a microwave radiometer designed for ground-based measurements of water vapor (H₂O) in the middle atmosphere (20 to 80 km), including the stratosphere and mesosphere. The instrument is operating in a noncryogenic balancing calibration mode. Since its deployment, features have been observed in the spectrum which can be attributed to resonant variations of the antenna pattern of the corrugated horn. This paper presents copolar and crosspolar antenna pattern measurements of two sister antennas of the SWARA horn, as well as water vapor measurements from both antennas on the ground-based microwave radiometer MI ddle Atmospheric WAter vapor RA diometer. We show that small irregularities in the frequency spectrum at the -20-dB level are visible in the copolar pattern, which, due to the balancing operation scheme used for the radiometer, lead to features in the spectrum that have the same or even higher brightness temperature as the line of interest.