一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统及设计方法技术方案

一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统及设计方法，该系统是由多个小型综合孔径微波辐射计系统按照一定分布式结构排列组成的，整个系统的空间分辨率是由整个分布式排列天线阵的最大物理尺寸决定的。所有小型综合孔径微波辐射计系统的硬件结构是完全相同的，其包括天线阵列、接收机通道阵列、信号采集子系统、子带划分子系统、相关处理子系统、亮温反演子系统、星间通信子系统等。整个系统采用分布式架构，具有机动、灵活、冗障能力强等优点；同时降低了系统制造难度、便于量产，可降低单个系统的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统及设计方法
本专利技术涉及一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统及设计方法，属于空间微波遥感

技术介绍
微波辐射计系统是星载被动微波遥感的重要载荷，其主要可获取全球重要的物理参量，比如土壤湿度、海洋盐度、大气温湿度等。当前，微波辐射计系统主要有实孔径微波辐射计系统、相控阵微波辐射计系统、综合孔径微波辐射计系统等。然而，由于现有体制的微波辐射计系统在获取高空间分辨率的被动微波遥感图像受到较大的限制，因此，进一步提高星载被动微波遥感的空间分辨率一直以来是地球被动微波遥感的重要研究内容之一。在星载被动微波遥感中，微波辐射计系统的空间分辨率主要取决于系统的天线或天线阵列的物理尺寸，天线物理尺寸越大、空间分辨率越高；同时，微波辐射计系统也必须满足一定的刈宽要求。在实孔径微波辐射计系统中，由于受到扫描转台和天线物理尺寸的限制，实孔径微波辐射计系统无法获取较高的空间分辨率，比如在观测土壤湿度中，通常采用L波段(波长21cm)进行观测，当星载平台轨道高度约为600km时，土壤湿度应用需求的空间分辨率约小于10km，此时，所需天线尺寸不小于13m。从体积和重量上讲，在星载平台下这都是非常困难的。同时，由于星载微波辐射计需要机械扫描实现全景成像。因此，大孔径天线的体积和重量会使机械扫描平台更加笨重和复杂，极大地限制了微波辐射成像的应用。在相控阵微波辐射计系统中，空间分辨率同样依赖于相控阵天线的物理尺寸(规模)，空间分辨率越高，要求相控阵天线数目越多；同时，由于是通过控制接收单元的相位和幅度实现天线波束的扫描，对于大型相控阵微波辐射计系统而言，需要的移相器校多，信号处理和系统结构亦较为复杂。在综合孔径微波辐射计系统中，较高的空间分辨率是以系统硬件和信号处理的复杂度为代价的。对于大型综合孔径微波辐射计而言，由于天线单元和通道单元数目过多，系统硬件结构和信号处理将非常复杂，大阵列天线带来的重量增加以及天线形变等因素制约了综合孔径微波辐射计系统的规模，进而限制了其进一步提高空间分辨率。综上所述，现有体制的星载微波辐射计系统由于大阵列天线、笨重的扫描平台或复杂的系统硬件结构和信号处理等因素限制了其进一步提高空间分辨率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统及设计方法，该系统是由多个小型综合孔径微波辐射计系统按照一定分布式结构排列组成的，整个系统的空间分辨率是由整个分布式排列天线阵的最大物理尺寸决定的。所有小型综合孔径微波辐射计系统的硬件结构是完全相同的，其包括天线阵列、接收机通道阵列、信号采集子系统、子带划分子系统、相关处理子系统、亮温反演子系统、星间通信子系统等。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，将星载分布式综合孔径微波辐射计系统划分为多个微波辐射计子系统，包括如下步骤：步骤一、根据星载分布式综合孔径微波辐射计系统的空间分辨率和灵敏度，确定每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型和基本单元数；步骤二、将星载分布式综合孔径微波辐射计系统的灵敏度，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元数作为优化目标，采用智能优化算法或组合算法或模拟退火算法或进化类算法或群体智能算法，优化确定微波辐射计子系统的天线阵分布、每个微波辐射计子系统的天线阵的最终阵型和最终单元数。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型采用Y型或T型或十字型。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元为微带形式或缝隙形式或抛物面形式。一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统，包括多个微波辐射计子系统，每个微波辐射计子系统均包括一个天线阵；多个天线阵分布在四个区域内；第一区域内的天线阵分为两排排列；第二区域内的呈田字形均匀分布；第三区域的天线阵分为两列排列；第四区域的呈口字形分布；第一区域、第二区域、第三区域、第四区域按顺时针或逆时针排列。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统，所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型采用Y型或T型或十字型。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统，所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元微带形式或缝隙形式或抛物面形式。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统，所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元之间的间距为0.5～0.8个波长。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统，所述每个微波辐射计子系统的天线阵包括25个基本单元。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统，所述星载分布式综合孔径微波辐射计系统的中心频率为1400～1427MHz，最大带宽为27MHz。上述星载分布式综合孔径微波辐射计系统，所述星载分布式综合孔径微波辐射计系统的空间分辨率为5km～15km。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的整个系统采用分布式架构，具有机动、灵活、冗障能力强等优点；(2)本专利技术的系统是由多个子系统组成，降低了系统制造难度、便于量产，可降低单个子系统的成本；(3)本专利技术的星载分布式综合孔径微波辐射计可获得超高的空间分辨率，可拓展星载微波辐射计的应用领域，用于对地、对海、对空的目标探测，可作为天基预警体系重要补充部分；(4)本专利技术解决了大阵列天线、笨重的扫描平台或复杂的系统硬件结构和信号处理等因素限制了其进一步提高空间分辨率问题。附图说明图1为星载分布式综合孔径微波辐射计系统组成示意图；图2为传统大型综合孔径微波辐射计系统天线阵列排布示意图；图3为微波辐射计子系统的天线阵排布示意图；图4为星载分布式综合孔径微波辐射计系统的所有微波辐射计子系统采用十字型天线阵的排布示意图；图5为星载分布式综合孔径微波辐射计系统的所有微波辐射计子系统采用T型天线阵的排布示意图；图6为星载分布式综合孔径微波辐射计系统的所有微波辐射计子系统采用Y型天线阵的排布示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，将星载分布式综合孔径微波辐射计系统划分为多个微波辐射计子系统，包括如下步骤：步骤一、根据星载分布式综合孔径微波辐射计系统的空间分辨率和灵敏度的要求，结合实际的工程能力和技术难度初步选定微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型和基本单元数，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型可采用Y型或T型或十字型等，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元采用微带形式或缝隙形式或抛物面形式；然后根据每个微波辐射计子系统的最大物理长度和单元个数分别计算获得每个微波辐射计子系统的空间分辨率和灵敏度。步骤二、将星载分布式综合孔径微波辐射计系统的灵敏度，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元数作为优化目标，采用智能优化算法或组合算法或模拟退火算法或进化类算法或群体智能算法，优化确定微波辐射计子系统的天线阵分布、每个微波辐射计子系统的天线阵的最终阵型和最终单元数。一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统，包括多个微波辐射计子系统，每个微波辐射计子系统均包括一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，将星载分布式综合孔径微波辐射计系统划分为多个微波辐射计子系统，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据星载分布式综合孔径微波辐射计系统的空间分辨率和灵敏度，确定每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型和基本单元数；步骤二、将星载分布式综合孔径微波辐射计系统的灵敏度，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元数作为优化目标，采用智能优化算法或组合算法或模拟退火算法或进化类算法或群体智能算法，优化确定微波辐射计子系统的天线阵分布、每个微波辐射计子系统的天线阵的最终阵型和最终单元数。

【技术特征摘要】
1.一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，将星载分布式综合孔径微波辐射计系统划分为多个微波辐射计子系统，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据星载分布式综合孔径微波辐射计系统的空间分辨率和灵敏度，确定每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型和基本单元数；步骤二、将星载分布式综合孔径微波辐射计系统的灵敏度，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型，或，每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元数作为优化目标，采用智能优化算法或组合算法或模拟退火算法或进化类算法或群体智能算法，优化确定微波辐射计子系统的天线阵分布、每个微波辐射计子系统的天线阵的最终阵型和最终单元数。2.根据权利要求1所述的一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，其特征在于：所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本阵型采用Y型或T型或十字型。3.根据权利要求1或2所述的一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统设计方法，其特征在于：所述每个微波辐射计子系统的天线阵的基本单元为微带形式或缝隙形式或抛物面形式。4.一种星载分布式综合孔径微波辐射计系统，其特征在于：包括多个微波辐射计子系统，每个微波辐射计子系统均包括一个天线阵；多个天线阵分布在四个区域内；第一区域内的天线阵分为两排排...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢海梁，李一楠，王佳坤，宋广南，李鹏飞，杨小娇，吕容川，李浩，胡泰洋，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61