航天器天线设计技术：海洋观测微波辐射计

海洋观测微波辐射计作为我国海洋动力环境卫星的重要有效载荷，主要完成两个方面的功能：一是获取海洋表面风速和风向、海表温度、大气云水含量和水汽含量等参数；二是给其他微波遥感如雷达高度计和微波散射计提供校正参数。

如图7-1所示，微波辐射计的主观测波束与星下点具有一个固定夹角α（称为入射角或天顶角，与海平面微波辐射发射率有关，一般取40°～50°），观测波束同时绕星下点做圆锥扫描运动（速率v）和沿卫星平台运动方向做直线扫描运动。取沿运动方向一定角度范围的区域为海面观测区域（±β），则波束沿着运动方向在±β范围内的条幅为观测刈幅。取合适的v以及合适的波束宽度，可实现刈幅内的海表面无缝观测。

图7-1　海洋微波辐射计观测原理

海洋微波辐射计接收地球表面的微波辐射，通过数据处理得到地球表面的亮温温度。微波辐射计需要准确定标才能测量到可靠的海洋表面亮温数据。

目前常见的微波辐射计的定标方法为两点法，即每个观测周期对冷定标源和热定标源进行一次观测，形成定标方程曲线，用主观测天线观测的数据与该方程曲线进行相应运算得到准确的海洋亮温数据。冷定标源选取的是宇宙背景，宇宙微波背景辐射非常稳定，NASA利用COBE卫星观测到其温度约2.72 K。热定标源使用的是已知温度的辐射体。(www.xing528.com)

海洋探测微波辐射计属于被动式微波遥感探测器，其天线形式为典型的多频段共用天线。经典的海洋探测微波辐射计工作于五个频段：6.925 GHz、10.7 GHz、18.7 GHz、23.8 GHz和37 GHz，近年探测频率逐步向毫米波、亚毫米波方向发展。海洋微波辐射计天线一般由主观测天线、冷空定标天线、转动机构以及承载以上组件的高频箱组成，主观测天线和冷空定标天线共用馈源，如图7-2所示。

地面微波辐射由对地观测天线接收，宇宙背景微波辐射由冷空定标天线接收，热辐射源的微波辐射由馈源直接接收。天线在转动机构的带动下连续旋转，每360°为一个观测周期，每个观测周期内对地观测天线实现一次对地观测，同时对热源和冷源进行一次定标。

图7-2　海洋探测微波辐射计

微波辐射计需要连续匀速360°旋转（如海洋二号卫星的载荷），微波辐射计接收到的微波信号需要传到载荷舱进行数据处理，由于微波信号频率比较多，占用通道多，仅靠旋转关节无法实现多通道微波信号传输，因此，微波辐射计接收到的微波信号通过信号处理器及变频器等设备转换成中低频信号，通过汇流环与卫星载荷舱进行数据交换及打包下传数据。所以，微波辐射计整体不仅包含天线部分，同时还把接收机以及中低频处理设备进行集成，在结构上设计成一个整体，在驱动机构的驱动下实现在轨连续对地观测。