海洋微波散射计原理及航天器天线设计技术

海洋微波散射计是主动、非成像雷达系统，通过向海表、陆面发射微波脉冲信号并接收其后向散射回波信号能量来探测有关目标的信息，回波信号能量的强弱取决于目标物表面的粗糙度以及物质本身的介电特性，这两者都可以用来描述海冰和植被覆盖的特征。

海洋微波散射计原理框图如图7-11所示，基本工作过程如下：微波发射机通过双工器与天线接通（图中未标出），向海面发射射频脉冲，脉冲信号经目标散射，散射回波信号被天线接收后，经双工器送到接收机，再经接收处理恢复为视频信号，送至信号处理器。内定标设备将发射机的部分功率耦合到接收机中形成闭环，从而实现内部校准，消除收发系统的任何变化所引起的测量误差。信号处理器对回波信号、内定标信号及无回波的纯噪声信号进行处理，获得海面散射源的归一化雷达后向散射系数σ0。地面处理系统再对不同入射角、不同方位角、不同天线波束测得的σ0通过一定的数学模型推算出海面风速和风向。

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图7-11　海洋微波散射计原理框图

海洋微波散射计测量海面风速和风向的基本原理是：海面风场产生的海面毛细波能够对厘米波长的微波产生Bragg散射，而且这种波浪对应的海面小尺度取向和斜率分布与风的方向有关。风生毛细波的幅度随着风速的增大而增大，从而Bragg散射的强度也增大。由于风生毛细波造成海面小尺度斜率，即与Bragg散射有关的散射单元的方向与风的方向有关，所以后向散射的强度也与风的方向有关。根据σ0与海面的风速和风向之间的关系（例如有Moore模型和Wentz模型来描述这种关系），通过对同一分辨率单元的σ0进行多个方位角度的测量便可以经模型运算得出海面风矢量。其中，风速测量需要根据雷达散射系数的大小反演；而风向测量则需要多入射方位角的散射信息。星载散射计测量海面风场的原理及能力已经在美国Seasat-1、欧空局ERS-1/2、日本ADEOS-1/2、美国Quickscat等卫星和我国的神舟四号飞船及海洋2号卫星上得到了充分的证明。