综合孔径微波辐射计是一种新型的干涉式阵列微波辐射成像系统,它采用稀疏的小口径天线阵列合成一个大的物理观测口径,具有高分辨率、宽视场、低重量与体积、且无需扫描即可实现对整个视场瞬时成像的优点。利用星载综合孔径微波辐射计进行地球遥感能获取全球尺度范围内的海水盐度、土壤湿度等重要物理参数,在地球科学领域具有很强的应用前景。误差校正是获取高质量综合孔径微波辐射计反演图像的关键技术与难点。目前,星上误差校正通常采用内部噪声注入的方式,例如欧空局的土壤湿度和海水盐度辐射计MIRAS系统与NASA的大气观测辐射计GeoSTAR;该方法通过注入内部参考噪声信号获取通道幅相误差,校正准确性高、实时性好。然而,内部噪声注入极大地增加了系统的重量、体积以及硬件结构的复杂度,成为系统的沉重负担、限制了阵列的尺寸与系统性能的提升。另一方面,内部校正方法只能处理通道误差而无法处理天线误差,例如卫星上天线臂形变引起的相位误差。因此,本文提出利用外部方法对综合孔径微波辐射计进行星上误差整体校正的方案。根据无线电管理条例,为了不干扰其它卫星的正常工作,在地面发射辅助校正信号是不允许的。因而,缺乏常规外辅助源是综合孔径微波辐射计星上外部校正面临的难点与挑战；也是目前综合孔径微波辐射计星上校正通常不采用外部方法的主要原因。本文结合星载综合孔径微波辐射计的特殊环境提出了几种新颖的外部校正方法：(1)基于天体目标的辅助源校正方法。天体源是一类自然校正源,具有方位已知、能量强的优点,将其与冷空背景相结合还可以实现对综合孔径微波辐射计亮温重构图像的定标。校正源的捕获是该方法可能遇到的难点。(2)基于阵列旋转的自校正方法。利用旋转前后天线位置的特殊关系,产生冗余基线进行校正。这种方法不依赖于任何辅助源,可利用观测场景本身作为辅助场景自校正,实现简单方便、代价小。另外,合理的阵列设计还可以减少阵元数量,进一步降低综合孔径微波辐射计的系统复杂度。积分时间损失和相位误差积累是该方法实现上的代价。(3)基于多种场景的联合校正方法。利用卫星自身携带的近场辅助源进行校正,利用地球场景与源的旋转捕获源的位置。该方法充分挖掘了星上可用的外部参考信号,具有很好的可行性与校正精度。本论文提出的综合孔径微波辐射计星上外部校正方法均经过了严密的理论推导、仿真以及地面实验的验证,具有良好的实用前景。
