三維成像微波高度計：告訴你大海有多深

三維成像微波高度計是「天宮二號」搭載的一項先進儀器。用科學家的話來說，這是國際上第一次實現寬刈幅海面高度測量並能進行三維成像的微波高度計。

據介紹，這台三維成像微波高度計由雙天線、雙前端、雙接收機、雙固態功率放大器、發射機、頻綜器、數控單元以及電源等12台單機組成。它採用小角度、高精度干涉測量技術，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進而獲得三維海面形態，再經過複雜的定標最終獲得寬刈幅範圍內的海平面高度測量。

中科院國家空間中心研究員、「天宮二號」微波成像高度計分系統主任設計師張雲華告訴《中國科學報》記者，「寬刈幅」是指垂直於飛行方向的觀測/測繪範圍(即幅寬)達到數十公里，遠超過傳統高度計只有數公里的星下點足印範圍。而「天宮二號」搭載的微波高度計在三維海洋表面觀測方面比傳統高度計幅寬提高10倍，極大提高了觀測效率。

據悉，有了這些先進功能，三維成像微波高度計項目的實施有望為研究全球的海洋動力環境提供直接的科學觀測數據，同時也為全球能量交換、氣候變化的研究提供不可或缺的科學依據。

「它能以幾厘米到十幾厘米的精度精確測量數十公里觀測幅寬範圍內的海平面高度，並且獲得海面的三維形態。」張雲華表示，「國際上還沒有能實現這樣功能的雷達設備在軌運行。」

測量海平面高度是微波高度計的重要任務。它首先利用小入射角、一發雙收的雙天線和雙通道接收機獲取高相干海面回波，再精確獲得寬刈幅範圍內描述海面高度的干涉相位信息。最後，通過對干涉相位進行處理精確恢復高度計雙天線相位中心與測量海面點的幾何關係，確定平均海平面的高度值。

由於海洋水下環境能反映到海平面的變化上，因此，三維成像微波高度計擔當的另一個重任就是對海洋的水深進行測量，進而反演海底地形。張雲華表示：「它是實現海洋測繪的重要技術手段之一。」

據記者了解，「天宮二號」微波高度計的設計和研製工作由中國科學院國家空間科學中心微波遙感技術院重點實驗室姜景山院士擔任首席科學家、張雲華研究員擔任主任設計師的團隊完成。

張雲華介紹，自「九五」開始，團隊先後得到了國家多個相關計劃的支持。「從概念研究開始，建立了模擬系統、開展了信號處理方法研究和突破了多項關鍵技術之後，我們研製了多台套的機載樣機設備並開展了機載飛行試驗，為研製天宮二號搭載的三維成像微波高度計奠定了基礎。」

來源：科學網

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