 | Jiroušek M. Abbildendes Mikrowellen-Spektrometer mit Apertursynthese: Diss. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, Oberpfaffenhofen. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2012. - v, 244 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2012-04). - ISSN 1434-8454
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1 Einleitung ................................................... 1
2 Physikalische Grundlagen der Mikrowellen-Radiometrie ......... 7
2.1 Ursache der Wärmestrahlung .............................. 7
2.2 Schwarzkörper-Strahlung und Helligkeit .................. 8
2.3 Der reale Körper: Emission, Reflexion und
Transmission ........................................... 11
2.4 Polarimetrische Beschreibung der elektromagnetischen
Welle .................................................. 13
2.5 Reflexion einer Welle an einer Zweischichten-
Anordnung .............................................. 14
2.6 Dämpfung und Eindringtiefe in dielektrische
Materialien ............................................ 17
2.7 Ausbreitung einer Welle in einem Mehrschichtenmodell ... 19
2.8 Anwendungsgebiete der spektralen Messung bei tiefen
Mikrowellenfrequenzen .................................. 22
3 Aufbau und Eigenschaften von abbildenden Mikrowellen-
Radiometern ................................................. 25
3.1 Aufbau von Radiometersystemen .......................... 25
3.2 Antennentemperatur, räumliche Auflösung und
minimale Abtastung ..................................... 27
3.3 Empfängerrauschtemperatur .............................. 29
3.4 Radiometrische Auflösung ............................... 30
3.5 Einfluss der Erdatmosphäre auf radiometrische
Abbildungen ............................................ 31
3.6 Bildgebende Verfahren in der Mikrowellen-Radiometrie ... 35
4 Das Verfahren der Apertursynthese in der Mikrowellen-
Radiometrie ................................................. 45
4.1 Grundlegender Systementwurf des ANSAS-Instruments ...... 49
4.2 Das Van-Cittert-Zernike-Theorem als Grundprinzip der
Apertursynthese ........................................ 50
4.3 Interpretation und Invertierung der Visibility-
Funktion ............................................... 61
4.4 Beschreibung des Van-Cittert-Zernike-Theorems in
Polarkoordinaten ....................................... 64
4.5 Rekonstruktionsmethode für ein polares
Abtastraster ........................................... 84
4.6 Radiometrische Auflösung eines Apertursynthese-
Radiometers ............................................ 89
4.7 Digitales Korrelationsprinzip .......................... 95
5 Fehleranalyse des Apertursynthese-Radiometers .............. 107
5.1 Fehler verursacht durch nichtideale
Richtcharakteristiken der Antennen .................... 107
5.2 Fehler der nichtidealen Übertragungseigenschaften
der Empfänger ......................................... 116
5.3 Fehler im Korrelator durch die endliche
Quantisierung ......................................... 118
5.4 Effekte durch veränderliche Empfangspolarisation
während einer Abbildung ............................... 120
5.5 Auswirkungen von Einseitenband- und
Zweiseitenbandfrequenzumsetzung ....................... 123
6 Der experimentelle Aufbau von ANSAS ........................ 127
6.1 Messprozedur und Aufnahmegeometrie .................... 128
6.2 Anordnung der Einzelantennen .......................... 131
6.3 Breitbandige Vivaldi-Antennen ......................... 132
6.4 Aufbau der Empfänger .................................. 137
6.5 Signalverarbeitung .................................... 144
6.6 Beschreibung des Messablaufs .......................... 150
6.7 Phasenkalibration ..................................... 152
6.8 Bestimmung der radiometrischen Empfindlichkeit ........ 155
7 Experimentelle Verifikation des Abbildungssystems ANSAS .... 159
7.1 Messungen mit einer Zwei-Elemente-Interferometer-
Anordnung ............................................. 161
7.2 Messung mit vollständiger ANSAS-Konfiguration ......... 175
7.3 Analyse und Schlussfbigerungen aus dem ANSAS-System ... 197
8 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 200
9 Anhang ....................................................... I
9.1 Herleitung des Reflexionsfaktors eines geschichteten
Mediums ................................................. I
9.2 Herleitung der "Fringe-Washing"-Funktion ............... II
9.3 Berechnung der statistischen Messunsicherheit in den
Visibility-Werten ..................................... III
9.4 FIR-Filter-Implementierung ........................... VIII
10 Literatur ................................................... XI
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