直接采样微波辐射计性能分析及关键技术研究

摘要

直接采样微波辐射计用高速、宽带ADC代替常规微波辐射计的混频、本振等模拟硬件电路，直接对射频信号采样，是一种结构简单的新型微波辐射计。直接采样微波辐射计把电路结构的复杂性转化为信号处理的复杂度，具有重量轻、稳定性高、功耗小、处理灵活等优点，非常适合星载微波辐射计遥感应用。直接采样微波辐射计是微波辐射计的发展方向之一。
　　 受低信噪比和ADC非理想量化的影响，全功率直接采样微波辐射计的灵敏度和测量精度较低；受射频前端相位误差、ADC采样误差及阵元个数有限的影响，综合孔径直接采样微波辐射计成像质量仍然较低。对直接采样微波辐射计接收信号机理和输出信号的统计特性进行研究，分析直接采样微波辐射计的性能，并对其关键技术进行研究，以提高直接采样微波辐射计的性能是非常有意义的。论文主要研究工作包括以下几个方面：
　　 在建立ADC非理想量化模型的基础上，给出全功率直接采样微波辐射计的灵敏度表达式；利用过采样降低系统噪声，利用数字滤波和谱估计方法提高等效积分时间，提高全功率直接采样微波辐射计的灵敏度。
　　 根据ADC非理想量化的特点，利用理想量化和多项式非线性模型等效非理想量化，给出全功率直接采样微波辐射计的非线性定标方程；利用多点定标方法对全功率直接采样微波辐射计进行定标，提高全功率直接采样微波辐射计的测量精度。
　　 根据综合孔径直接采样微波辐射计的成像特点，采用数字Hilbert变换对采集的数据进行正交变换，在数字域中获得正交信号，消除正交误差；分析同相相位误差、孔径抖动和ADC非理想量化误差对输出信号互相关的影响，分析ADC非理想特性对微波辐射成像性能的影响；利用自适应的方法对ADC的采样误差进行校正，提高综合孔径直接采样微波辐射计的成像性能。
　　 针对于综合孔径直接采样微波辐射计成像模型是欠定的线性方程组，并且“观测空间”和“系统响应矩阵”都存在噪声，成像模型没有唯一解，利用总体最小二乘方法对可见度函数反演成像，获得最优解；利用图像分割和中值滤波对微波辐射图像进行处理，提高微波辐射图像的质量。