星载L波段一维综合孔径辐射计海洋盐度探测任务仿真

作     者：金梦彤 

作者单位：中国科学院国家空间科学中心 

学位级别：硕士

导师姓名：刘浩

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：一维综合孔径辐射计 系统仿真 G矩阵 太阳干扰 月亮干扰 银河干扰 

摘      要：全球大约有71%的面积被海洋覆盖,海表面盐度是研究全球天气预报及气候变化的重要示踪因子,它的分布及变化对研究海洋气候系统起着关键性作用。但是海洋盐度遥感的发展速度远远落后于对其应用的需要。相比于采样船等现场测量盐度的方法,太空遥感更能实现大面积、长时间的观测,这对于工程建设、资源开发以及科学研究等领域都具有至关重要的作用。在这样的背景下,中国科学院国家空间科学中心提出了主被动联合探测盐度计划,用于观测全球土壤湿度和海表面盐度。利用高灵敏度、高稳定度的L波段推帚式(push-broom)辐射计,能够对全球海表面盐度分布进行高精度观测;利用共用反射面天线的L波段散射计,同步获取海面粗糙度信息,改进盐度测量精度,其中,辐射计是整个系统中最重要的部分。辐射计为综合孔径体制,天线阵列有8个天线,排成一维阵列,工作频率为1.4135GHz。与欧空局SMOS卫星的二维综合孔径辐射计系统相比,采用一维方案可以降低系统的复杂度。与采用真实孔径的美国Aquarius卫星相比,一维综合孔径可以实现更好的空间分辨率及刈幅指标。本文基于Matlab平台搭架一维综合孔径辐射计仿真系统,根据星载一维综合孔径辐射计的系统组成结构及工作过程建立模型,主要实现目标场景生成、辐射计系统仿真、亮温重构的功能。目标场景生成模块主要模拟卫星获得观测亮温的过程,即输入海表面温度、海表面盐度、风速等数据,结合轨道参数,输出卫星在任意一个轨道位置所观测到的视场亮温图像。辐射计系统仿真模块模拟的是综合孔径辐射计空间频率域采样过程,主要根据综合孔径辐射计的测量原理并结合一维综合孔径辐射计天线阵列排布,对目标场景生成模块的观测亮温进行频域采样,生成可见度函数。亮温重构模块根据一维天线阵列的特点,提出一种高精度的亮温重构算法,将可见度函数转化为空间域的亮温,满足设计需求。利用一维综合孔径辐射计仿真系统,评估外部误差源,包括银河、月亮、太阳直射对亮温的影响。首先根据天文知识并结合轨道参数,对外部误差源在观测视场内的位置进行建模;然后根据外部误差源亮温及其在视场中的位置变化,仿真得到银河、月亮、太阳直射对系统X、Y极化亮温影响的年际变化规律。本文所做的工作为后续综合孔径辐射计系统的进一步优化和设计提供仿真平台,也为接下来海表面盐度探测的硬件系统指标设计以及应用反演提供参考依据。