微波遥感几种仪器

一、微波散射计

1.探测方式

是一种斜视观测的主动式微波探测装置，是一种非成像卫星雷达传感器。

2.原理

散射计通过测量海线表面后向散射系数获得海表面粗糙度信息，进而反演得出海表面风矢量。散射计资料可以提供准确的海洋表面风速和风向的信息。

3.特点与应用

散射计资料覆盖全球海面约 70%的面积，能穿透云层、可进行全天候、全天时风场监测。散射计高分辨率，高时效性，覆盖面广的特点有效的弥补了海洋常规观测资料的不足，成为海洋表面风场探测的主要手段。

4.类型

散射计总来来看可以分为三种类型：

（1）第一种类型主要利用棒状一天线，采用多普勒分辨技术。这类散射计主要包括NASA的Sea Sat-A卫星散射计(SASS)和NASA的搭载在日本先进地球观测卫星-1上（ADEOS-1）的散射计（NSCAT）；

（2）第二类主要利用三根长的矩形天线，采用距离分辨率技术。这类散射计包括搭载在欧洲遥感不关卫星ERS-1，ERS-2的主动微波装置（AMI）散射计以及搭载在METOP系列卫星上的ASCAT散射计；

（3）第三类散射计利用旋转的蝶形天线以不同的入射角产生圆锥扫描的笔形波束并采用距离分辨率技术，主要包括搭载在Quick SCAT卫星和ADEOS-2卫星上的Sea Winds散射计和中国HY-2卫星系列上的微波散射计。这几种类型散射计扫描刈幅如下图所示。

5.常见微波散射计

SASS散射计

1978年美国发射的Seasat-A卫星搭载的SASS散射计是人类历史上第一个进入太空的散射计。虽然该散射计工作仅工作了4个月，但是SASS散射计的成功试验不仅为反演海面风矢量场的模型函数的研究提供了极其宝贵的海面雷达后向散射系数数据集，而且其成功反演的海面风矢量，已被有效应用于大洋环流的研究和全球数据同化的研究。

SASS散射计的天线足迹如下图(a)。SASS散射计是Ku波段散射计，在其两侧各有两幅天线，天线的波束指向卫星轨道的夹角分别为45°和135°，天线的方位角相差90°。卫星刈幅为500km。风速测量范围是4 ~ 26 m/s，风速精度是2m/s，风向测量范围是0°~ 360°，风向精度为20°。

AMI散射计

先进微波装置（AMI）散射计搭载于欧洲空间气象局（EUMETSAT）发射的ERS-1、ERS-2卫星上。AMI散射计的成功使用，为使人类开始具有连续的散射计观测资料。ERS系列卫星是太阳同步卫星，轨道高度是785km，绕地球一圈用时100min，穿过赤道时间为当地上午时间10:30。AMI是垂直极化C波段散射计，由低分辨率测风散射计和高分辨率SAR组成。AMI系统具有3种运行模式：散射计模式，低分辨率SAR海浪模式和低分辨率SAR模式模式。散射计模式和海浪模式的测量数据可以在轨记录供以后下载。

AMI散射计的天线足迹如下图(b)。AMI散射计是C波段散射计，使用三根天线，采用V极化方式，三个波束与卫星轨道方向的夹角分别为45°、90°、135°。中间天线的波束宽度为26°×1.4°，前视天线和后视天线的波束宽度为26°×0.9°。前视和后视天线通过调整接收机的中心频率解决各自的多普勒频移问题。为了使地球旋转对散射计的影响最小，卫星主动绕天底轴旋转，从而使中间天线的多普勒频移为零。AMI 散射计风速测量范围是4 ~ 24m/s ，风速精度是2m/s ；风向测量范围是0°~ 360°，风向精度是20°。

NSCAT散射计

NSCAT散射计于1996年8月17日搭载在日本先进地球观测卫星一号（ADEOS-1）发射成功。ADEOS-1卫星是太阳同步卫星，轨道高度是795km，绕地球一周用时101min，卫星运行速度为6.7m/s。

NSCAT散射计的天线足迹如图 2(c)。散射计是Ku波段散射计，两侧各有三根相同的双极化棒状天线，天线长度约为3m，宽度约为6cm，厚度约为10 ~12cm，每一根天线向海面发射扇形波束，波速的入射角在20°~ 55°，波速宽度为0.4°。右侧天线与卫星飞行方向的夹角分别为45°、115°、135°，左侧天线与卫星飞行方向的夹角分别45°、65°、135°。中间天线采用VV和HH两种极化方式，所以每侧天线可以进行4次不同的测量。卫星刈幅宽度为600km，每一个刈幅可分为24个矢量单元，每个风矢量单元的空间分辨率是25km。NSCAT散射计的风速测量范围是 3~30m/s，风速精度是2m/s；风向测量范围为是0°~ 360°，风向精度是20°。

Sea Winds散射计

Sea Winds散射计搭载在Quik SCAT卫星和ADEOS-2卫星上。Quik SCAT卫星和ADEOS-2卫星均属于太阳同步卫星，卫星轨道高度是803km，绕地球一周用时101min。Quik SCAT卫星穿过赤道的时间为当地上午时间6:00，而ADEOS-2卫星穿过赤道时间为当地上午时间10:30。

Sea Winds散射计的天线足迹如图 2(e)。Sea Winds散射计是Ku波段散射计，由一根长约1m的旋转的抛物线天线组成，具有两个馈元。这两个馈元分别以两个不同入射角产生两个笔形波束。内波波束采用HH极化方式，入射角是47°。外波束采用VV极化方式，入射角为55°。天线每分钟转动18圈，地面足印直径约25km。来自地面足印的回波信号或者被分为许多和距离相关的单元或者作为整体进行分辨。该散射计的刈副宽度为1800km，并且星下点无任何盲区。Sea Winds散射计风速测量范围是3~30m/s，风速测量精度是2m/s；风向测量范围是0°~ 360°，风向测量精度是20°。

ASCAT散射计

ASCAT散射计搭载于ESA发射的Met Op-1卫星上，是使用于业务化的卫星之一。Met Op-1卫星是太阳同步卫星，轨道高度为800km。ASCAT散射计具有三种模式：测量模式，校正模式和测试模式。当进行外部校正时，ASCAT散射计经过地面转发器上空，进入校正模式状态。ASCAT散射计每完成一次轨道循环（大约29天），就会进行一次校正。

ASCAT散射计的天线足迹如下图(d)。ASCAT散射计是C波段散射计，两侧各有3根天线，采用VV极化方式，向海洋表面发射6个波束。天线与卫星轨道的夹角分别为45°、90°、135°。ASCAT具有两个卫星刈幅，位于地面轨迹两侧，卫星刈幅为500km，每个卫星刈幅可以分为42或21个风矢量单元，相对应的分辨率为12.5km或25km。ASCAT 的风速测量范围为 0~50m/s，当风速范围在0~25m/s时，风速精度小于 2m/s；风向测量范围为 0°~ 360°，风向精度小于20°。当风速在25~50m/s时，风速和风向的测量精度下降。

HY-2微波散射计

中国国家空间中心（CNSA）的海洋二号（HY-2）卫星由于2011年8月11日发射成功。它搭载了微波高度计、微波散射计、扫描微波辐射计、校正微波辐射计。

HY-2微波散射计的天线足迹如下图(f)。HY-2微波散射计是Ku波段散射计，为笔形波束散射计，内波波束采用HH极化方式，外波波束采用VV极化方式，天线每分钟转19圈。后向散射系数  测量精度为0.5d B。HY-2微波散射计风速测量范围是2~24m/s，风速测量精度是2m/s；风向测量范围是0°~ 360°，风向测量精度是20° [2]  。

二、微波高度计

微波高度计是一种采用小角度、高精度干涉测量技术，能精确获得海面的干涉条纹信息，进而获得三维海面形态，再经过复杂的定标最终获得宽刈幅范围内的海平面高度测量。

“天宫二号”三维成像微波高度计是国际上第一次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计

工作原理

微波高度计利用小入射角、一发双收的双天线和双通道接收机获取高相干海面回波，利用高度计的高精度干涉相位测量能力以及波形跟踪能力，精确获得宽刈幅范围内描述海面高度的干涉相位信息，通过对干涉相位进行处理精确恢复高度计双天线相位中心与测量海面点的几何关系，从而确定平均海平面的高度值。

三、多波段微波扫描辐射计

四、合成孔径侧式雷达

合成孔径侧视雷达是利用遥感平台的前进运动,将一个小孔径的天线安装在平台的侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨力的雷达。

要用小孔径雷达天线代替大孔径雷达天线，在地面上,通常采用若干小孔径天线组成阵列，即把一系列彼此相连、性能相同的天线，等距离地布设在一条直线上，利用它们接收窄脉冲信号(目标地物后向散射的相位、振幅等),以获得较高的方位分辨力。天线阵列的基线愈长,方向性愈好。