微波辐射计定标源的优化设计及其发射率精确测定方法的研究

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雅宝题库解析：
利用微波辐射计系统进行大地和大气遥感测量时，测量所得的数据需要通过用微波辐射计接收微波辐射特性精确已知的定标源的辐射信号以精确构造出辐射计信号输出与接收到的辐射量之间的定量关系才能确定其有效性。遥感数据的定标是遥感信息定量化关键的一步，是在遥感信息获取、仪器设计和运行中均要考虑的重要题目。本论文针对微波辐射计定标源的结构参数优化及定标源发射率精确测定方法展开了研究，主要工作和成果包括：首先，基于时域有限差分（FDTD）方法对涂敷吸波材料的周期阵列角锥类型的黑体定标源的结构参数对其反射率的影响进行了仿真和分析。FDTD方法可以直观地对入射波和反射波的传播特性进行实时观察，时域结果显示，锥体的顶部反射受高宽比、涂敷材料厚度变化的影响并不大，而锥身反射对高宽比、涂敷材料厚度的变化更为敏感；而顶部的形状以尖锥形状最佳，其次为球型顶部，平坦型顶部结构的顶部反射很大，吸波特性最差，工程中需要特别注意。频域结果显示，对于给定结构的定标源，在140~160GHz频带内，当高宽比大于4，涂敷材料厚度大于0.5mm即可实现较好的吸波性。对于不同锥体结构的定标源，以圆锥阵列定标源吸波性能最佳，其次为六角锥和方锥阵列定标源，而三角锥阵列定标源吸波性能最差。另外，对国际上常用作定标源涂敷材料的比利时Emerson&Cuming公司生产的ECCOSORB®CR系列吸波材料的吸波特性进行了研究，比较了ECCOSORB®CR系列中五种常用涂敷用吸波材料的吸波特性，并给出了18 GHz和89 GHz下的涂敷材料厚度与反射率之间的关系。其次，研究了有限大周期阵列的散射分布特性，推导了阵列排布和单锥结构对有限大周期阵列的散射分布的影响，得出阵列波瓣因子与周期阵列的关系，并利用结合PML的FDTD算法对其进行验证，结果表明采用阵列波瓣因子评估有限大周期阵列的波瓣分布角度误差小于1度，可以简单快速地评估波瓣数量和波瓣位置。从而可以实现在测量时对散射波瓣位置的预先估计，保证能够测量到目标的散射峰值点。然后，针对采用二维双站测量的特征数据测量发射率的过程，给出了发射率估算公式，基于FDTD方法和近远场外推理论评估了由于双站或单站测量系统的采样局限性导致测量采样数据不完整而产生的截断误差的影响，分析了扫描角度间隔、观测距离等对发射率评估值的影响。并且，提出了一种可有效提高发射率测量精度的标定体和方法，该标定体是与黑体定标源阵列排布相同且具有相同结构参数的金属方锥阵列，在某些条件下可以实现比采用常用的金属平板标定体的发射率测量精度高一个数量级。最后，根据天线近场耦合理论，针对双站、单站发射率测量系统的参数进行了评估，分析了天线类型、标定体的选择、测量距离、采样间隔等对发射率测量精度的影响。对于单站发射率测量系统，采用金属裸锥标定体进行标定时，可以直接根据后向散射功率评估发射率，而无需粗糙表面因子修正，单站发射率评估值在百分位有效；而采用金属平板标定体进行标定时，则需要对发射率评估值进行修正，修正后的单站发射率评估值在百分位有效。对于双站发射率测量系统，可只采用E面或只采用H面扫描方式来评估发射率，这种情况下评估出的发射率值偏高，而E面扫描方式的发射率评估值误差较H面扫描方式更小，因此建议采用E面扫描方式评估发射率；在能够测出并从环境噪声、系统干扰等中分离出真实的黑体反射信号的前提下，优选小口径天线作为接收天线；建议选择与黑体定标源阵列排布相同且具有相同结构参数的金属裸锥阵列作为标定体；采用波纹喇叭天线接收时，轨道半径0.4-2.0 m之间的双站发射率测量评估误差小于0.002，比采用金属平板标定体的发射率测量精度提高了一个数量级。