摘要：平流层臭氧浓度对于地球气候变化和生态环境有着重要影响.具有谱分析能力的高光谱毫米波辐射计是一种用来探测大气痕量气体的被动式微波遥感器,能够有效探测大气臭氧垂直廓线,在空间地球科学领域中具有十分重要的应用价值.本文研制了一种探测平流层大气臭氧吸收谱线的新型高光谱毫米波臭氧辐射计系统,该系统结构包括射频接收机和数字后端谱分析仪.射频接收机部分采用超外差结构获取142.175 GHz±100 MHz带宽信号,数字后端谱分析部分采用高性能模数转换器对输入模拟信号进行5×108 sample·s^(–1)采样,14 bit量化,输入信号3 dB带宽200 MHz,通过高性能现场可编程门阵列(FPGA)获取信号功率谱,实现了探测通道数16384,谱分辨率12.2 kHz.根据辐射计系统关键模块的设计方案、器件选型和测试方法,开展大气探测实验,并将实验结果与大气辐射传输模拟软件(ARTS)仿真结果进行对比,得出系统灵敏度及各项指标可以满足大气臭氧反演需求,验证了系统设计的正确性,满足平流层臭氧浓度监测、预警及其导致的气候变化研究的应用需求.

摘要：雷达信号的电磁(EM)仿真对新体制雷达技术的研究具有重要价值。文中针对新体制同时极化雷达(SPR)回波信号开展EM仿真,提出了快速仿真方法,并在此基础上进行了高分辨雷达成像。首先,利用FEKO构建了雷达目标在4π空间里所有入射角度下的宽带全极化EM散射数据库;接着,在推导SPR目标回波信号模型的基础上,基于优化最小化方法以最小化互补积分旁瓣电平为准则设计了H、V发射通道的正交互补序列波形。最后,根据实际雷达对目标的视角和频率范围以调用数据库的方式“装配”得到相应的雷达回波信号。为了进一步验证所提方法,该文以F22模型为例开展了SPR成像仿真实验,并通过Pauli分解分析了幅相误差对目标极化散射特性测量的影响。

摘要：基于立方星辐射计直接检波系统,设计并实现了中心频率分别为89 GHz和150 GHz的两款毫米波零偏置肖特基检波器。检波器设计基于ACST的零偏置肖特基二极管。为了获得稳定、优越的性能以及较好的宽带特性,并易于与前级系统集成,更适于立方星辐射计小型化,在直流接地电路与输出电路处采用扇形线结构,并通过一段可调传输线对其端口阻抗进行优化。本文对肖特基二极管及检波器电路结构进行了分析、建模和优化。测试结果表明,W波段检波器在85~95 GHz范围内具有2500 V/W的典型灵敏度,在89 GHz测试的线性度为0.9994。D波段检波器在145~155 GHz范围内的典型灵敏度约为1600 V/W,在150 GHz测试的线性度为0.9992。这些结果验证了改进电路结构在检波器设计上的优越性和在直接检波系统中应用的可行性。

摘要：高光谱微波辐射计是基于频谱分析技术的精细谱段微波辐射计,通过增加探测通道实现高垂直分辨率大气探测,解决传统微波辐射计通道数少,频谱分辨率低的问题.该系统采用高性能模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)实现对模拟输入信号进行10Gsps采样,8bit量化,并基于高性能现场可编程门阵列(Field Programming Gate Array,FPGA)芯片获取输入信号的功率谱.文章详细介绍了宽带高速数字系统设计、器件选型和测试方法,给出了测试结果,分析表明硬件系统设计符合设计要求.

摘要：该文提出一种新型的具有多谐振结构的单层微带反射阵单元,是由6个振子以一定的间隔平行放置组合而成,该单元具有良好的线极化特性。采用高频电磁仿真软件HFSS对单元的各个参数进行优化分析,使得单元的反射相位曲线在两个频段内均具有良好的线性度。根据此单元设计了一个工作在X/Ku波段的偏馈双频双极化微带反射阵天线,在两个频段内采用同一个角锥喇叭天线作为其馈源。将此反射阵天线进行加工并测试,测试结果表明,在X波段中心频率10 GHz和Ku波段中心频率13.58 GHz处,天线均具有良好的辐射性能。实测和仿真结果吻合较好,证明了该反射阵天线具有良好的双频辐射性能。该文的设计对于微带反射阵列天线实现双频双极化性能具有重要的参考价值。

摘要：为实现微波辐射计大带宽数字化探测的需求,解决现场可编程门阵列(Feild Programmable Gate Array,FPGA)内部处理速度限制输入数据速率的问题,提出了一种基于多相滤波器组和高级快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)结构的高速数字谱仪设计方案,介绍了多相滤波器组和高级FFT理论基础并给出了具体的硬件设计和硬件实现,完成了硬件的功能仿真,将MATLAB仿真和硬件功能仿真的结果进行对比,验证了该设计方案的可行性.在低时间成本和低经济成本条件下,该方案可实现微波辐射计后端的灵活配置和共享多个微波辐射计前端的功能.

摘要：高光谱微波辐射计是一种用于探测大气痕量气体的新型被动微波遥感器,数字谱仪是高光谱微波辐射计的核心部件.本文提出了一种新型宽带、实时数字谱仪的设计和实现方案,通过改进、结合快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的并行处理和复数处理,形成了核心的基16实时复数FFT算法,最终得到信号的功率谱结果.数字谱仪采样率4.8 GHz,采用8 bit量化,输入3 dB带宽2 GHz,实现了1 024(1k)个频谱通道的结果.本文利用大气辐射传输模拟器(Atmospheric Radiative Transfer Simulator,ARTS)模拟了真实大气亮温谱并进行了仿真分析,随后通过输入的点频信号进行了测试,结果表明,核心算法子带亮温偏差最大值为0.02 K左右,核心算法子带灵敏度与理想子带灵敏度相比恶化程度低于20%,数字谱仪的有效位数(Effective Number Of Bits,ENOB)优于3 bit,信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)优于20 dB,谱分辨率恒定为2.3 MHz,可以有效满足辐射计中高层大气谱线探测的需求.

摘要：卫星通信系统中使用频率选择表面作为抛物面天线的副反射面,是实现频率复用、提高天线工作效率的有效手段.本文运用模匹配法对频率选择表面单元进行分析计算,并采用精细石英晶片镀膜工艺,实现了Ka波段的频率选择表面构成的天线副反射面.数值和实验结果均表明,该反射面具有良好的角度稳定性及交叉极化特性,同时通带内的插入损耗和阻带的回波损耗都处于较低水平,保证了天线在其工作频带内的高增益.Ka波段的频率选择表面副反射面的研制顺应了当今卫星通信宽频带、窄波束和小型化的发展趋势.

摘要：该文针对自旋式综合孔径微波辐射计非均匀采样问题,提出新的阵列优化目标函数与阵列优化算法。首先,针对Cornwell提出的基线距离乘积最大目标函数优化稀疏阵列会出现基线中心与边缘区域密集而过渡区域稀疏的问题,该文提出修正的电荷最小能量分布目标函数以及基于最小误差网格剖分的方法。针对标准的粒子群优化(PSO)算法历史最优个体位置更新速度慢,容易陷入局部极小值的缺点,提出具有量子体制的雁群粒子群优化算法。该算法具有速度快、收敛精度高的优点。数值分析结果表明利用该文引入的目标函数优化的基线比距离乘积最大目标均匀,并且基于最小误差网格剖分的方法对应的重构图像更精确。该方法为实际自旋式稀疏阵列的设计与应用提供依据。

摘要：重跟踪是提取高度计回波信号精确参数估计的重要步骤,现有的合成孔径雷达(SAR)高度计重跟踪估计器主要基于最小二乘法。该方法未考虑高度计各距离单元的统计特性不同对参数估计精度的影响,同时现有的加权最小二乘重跟踪估计器使用半解析模型,计算效率低,不利于应用于业务化。对此,该文利用合成孔径高度计解析化的合成孔径高度计研究与应用(SAMOSA)回波模型设计了新的加权方法,通过加权处理使高度计各距离单元的统计特性达到一致,进而提高了重跟踪估计器的测距和有效波高估计精度。该文利用Sentinel-3A卫星数据进行了验证,验证结果也表明了测距和有效波高这两个参数的估计精度均有提高:在2 m有效波高下,测距精度提高9%,有效波高精度提高了11%;在4 m有效波高下,测距精度提高13%,有效波高精度提高了20%。