复杂天气及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统性能的影响

宋广南; 卢海梁; 李浩; 李一楠; 郎量; 董思乔; 李鹏飞; 吕容川

doi:10.11999/JEIT190534

复杂天气及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统性能的影响

doi: 10.11999/JEIT190534

1.
中国空间技术研究院西安分院西安 710100
2.
华中科技大学电子信息与通信学院武汉 430074
3.
国家无线电监测中心北京 100037

详细信息

作者简介:
宋广南：男，1988年生，工程师，研究方向为被动微波遥感、综合孔径微波辐射计系统设计等

卢海梁：男，1986年生，高级工程师，研究方向为被动微波辐射无源探测、被动微波遥感、射频干扰检测等

李浩：男，1980年生，研究员，研究方向为全极化微波辐射计、综合孔径微波辐射计系统设计等

李一楠：男，1985年生，高级工程师，研究方向为被动微波遥感、综合孔径微波辐射计系统设计等

郎量：男，1976年生，副教授，研究方向为微波遥感理论与微波遥感器等

董思乔：男，1984年生，工程师，研究方向为无线电管理与检测等

李鹏飞：男，1989年生，工程师，研究方向为被动微波遥感、综合孔径微波辐射计系统设计等

吕容川：女，1982年生，研究员，研究方向为全极化微波辐射计、被动微波遥感、大气探测等

通讯作者:
卢海梁　396689lhl@163.com

中图分类号: TN24; TP79
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出版历程
- 收稿日期: 2019-07-16
- 修回日期: 2020-06-08
- 网络出版日期: 2020-07-11
- 刊出日期: 2020-11-16

The Effects of Complex Weather and Sea Wind on the Performance of Space-borne Passive Interferometric Microwave Detection System

1.
China Academy of Space Technology (Xi’an), Xi’an 710100, China
2.
School of Electronic Information and Communications, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
3.
State Radio Monitoring Center, Beijing 100037, China

摘要

摘要: 基于微波辐射无源探测系统的目标探测方程，该文探讨了云、雾和雨等复杂天气以及海风对天基被动干涉微波辐射无源探测系统的影响，定量化仿真分析了这些因素对系统探测能力的影响，实验验证了被动干涉微波辐射无源探测系统对云层的穿透能力。研究结果表明：云、雾和雨等复杂天气对被动干涉微波辐射无源探测系统对海面目标的探测有一定的影响，但在低频段云雾影响较小，可忽略不计；而降雨会对系统的目标探测能力影响较大；海风对海面金属目标的探测是有利的，而海风对隐身目标探测是不利的，会降低系统的探测能力。
- 无源探测 /
- 复杂天气 /
- 海风
Abstract: Based on the target detection equation of the passive interferometric microwave system, the effects of complex weather on the detection ability of the passive interferometric microwave system are discussed for the sea surface target, such as clouds, fog and rain, and sea winds. Quantitative simulations are also performed to assess the effects of these previous mentioned factors. The experiments are also performed to demonstrate the passive interferometric microwave system penetrating the clouds. Both theoretical and simulation results show that complex weather has a negative impact on the passive interferometric microwave systems in the sea target detection, such as clouds, fog and rain. However, the impacts can be neglected in low frequency, since the impacts of clouds in low frequency is very small. On the other hand, rainfall will seriously degrade the system’s target detection capability. Sea winds have a positive impact in the metallic target detection. However, sea winds have a negative impact and reduce the system’s detection capability for the stealthy target detection.
- Passive detection /
- Complex weather /
- Sea wind

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图 1 综合孔径微波辐射测量原理示意图

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图 2 不同水汽含量的星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

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图 3 星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

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图 4 不同液水含量的星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

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图 5 星下点目标探测距离与探测概率的关系曲线

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图 6 不同风速的金属目标星下点探测距离与探测概率的关系曲线

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图 7 不同风速的隐身目标星下点探测距离与探测概率的关系曲线

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图 8 浓云条件下海面目标探测

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表 1 温度10°、星下点，雾高100 m的衰减(dB)

雾型	能见度(km)	雾含水量 $({\rm{g}}/{{\rm{m}}}^{3})$	94 GHz	37 GHz	23.8 GHz	18.7 GHz	10.7 GHz
平流雾	重雾0.05	11.3135	4.8569	1.0016	0.4305	0.2686	0.0890
	浓雾0.20	1.5583	0.6690	0.1380	0.0593	0.0370	0.0123
	中雾0.50	0.4203	0.1805	0.0372	0.0160	0.0100	0.0033
	轻雾1.00	0.1560	0.0670	0.0138	0.0059	0.0037	0.0012

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表 2 温度10°、星下点、不同云型的衰减(dB)

云型	云底层(km)	云底层(km)	含水量 $({\rm{g}}/{{\rm{m}}}^{3})$	94 GHz	37 GHz	23.8 GHz	18.7 GHz	10.7 GHz
晴空积云	0.5	1	0.50	1.0732	0.2213	0.0951	0.0594	0.0197
卷积云	5.0	7	0.10	0.8586	0.1771	0.0761	0.0475	0.0157
低层云	0.5	1	0.25	0.5366	0.1107	0.0476	0.0297	0.0098
浓积云	1.6	2	0.80	1.3738	0.2833	0.1238	0.0760	0.0252

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表 3 温度10°、星下点、不同雨型衰减(dB)

雨型	降雨率(mm/h)	94 GHz	37 GHz	23.8 GHz	18.7 GHz	10.7 GHz
微雨	0.25	12.9574	1.5068	0.4642	0.2235	0.0281
小雨	1.00	36.7631	5.1375	1.8805	1.0317	0.1604
中雨	4.00	96.5170	17.5168	7.6177	4.6378	0.9154
大雨	16.00	219.3243	59.7251	30.8595	20.5155	5.2244

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表 4 X波段综合孔径微波辐射计系统相关参量

指标	参量
中心频率	10.65 GHz
带宽	100 MHz
积分时间	100 ms
天线类型	Y型
天线个数	19
单元间距	0.95倍波长

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