水面目标的毫米波特性研究(2)

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小结 32

致谢 34

参考文献 35

1 绪论

1.1论文的课题背景

随着经济的发展，环境问题日益突出。水体污染是导致生态环境恶化的因素之一。近年来，水体污染的报告越来越多，其不利的影响也越来越引起人们的关注。2006年白洋淀因水体富营养化造成大量野生鱼类死亡，2007年太湖、巢湖、滇池蓝藻集中暴发，2010年大运河因水葫芦的蔓延而面临河道堵塞的危险；2011年7月浒苔的大规模出现给青岛带来了巨大的损害。我国部分河流，湖泊及邻近水域营养盐丰富，盐度变化幅度大，造成了赤潮等水生植物生长过剩，严重影响了交通运输、水产养殖、甚至人们的正常饮水。针对这样的污染，必须采取有效、精确、动态的监测方法才能及时发现和有效治理。利用毫米波近感技术能对水面的富营养化污染进行良好的检测，可以更好的研究水面植物的分布与生长特性，这已成为一大热门的发展方向。

高于绝对零度的所有物体，都可以向外辐射电磁波，同时也会接受别的物体发射的电磁波。因此对于各类地物目标，其发射的电磁波主要来自于两部分：目标自身的热辐射；反射其他辐射源的辐射。其中前者与自身发射率相关，后者与目标发射率相关。地物的辐射特性与地物本身的特性直接相关，并具有特定的辐射频谱，根据不同地物间的差异我们可以进行目标识别。

近年来，毫米波技术已经在通信、雷达、辐射测量、遥感、导弹制导、射电天文和光谱学等领域得到了广泛的应用和发展。毫米波系统研究和应用的大力发展，一方面归因于毫米波固态器件等新技术的发展，以及探测器和通信系统的新的要求；另一方面也归因于毫米波系统区别于微波系统和光学系统的自身独到之处。

电磁波的波普图

图 1.1 电磁波的波普图

毫米波波长为1-10毫米，频率介于30-300Ghz之间（如图1.1），它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。与较低频段的微波相比，毫米波具有可利用的频谱范围宽、信息容量大，分辨率高、抗干扰性好，穿透等离子体的能力强等特点。与光波相比，它们利用大气窗口传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小。由于毫米波的突出特点，毫米波技术的应用范围很广。早在1889年就已有学者提出对毫米波的研究，在一个多世纪的漫长岁月中，尽管经历了曲折的发展过程，但毫米波所具有的魅力总是吸引着众多学者，从而积累了大量的基本知识和实用技术。

毫米波辐射探测主要是利用毫米波辐射计收集目标、背景的毫米波辐射特性，运用信号处理技术进行处理，从中提取目标或者背景的有用信息。进行这种探测的辐射计是没有发射机的，它只是被动的接收目标或者背景辐射的毫米波能量。辐射计所接收到的毫米波信号的强度与目标的辐射率，以及背景温度和性质等因素有关。毫米波由于它所处的特殊的波段兼有短微波和红外两者的基本特性。毫米波辐射计成像系统比可见光、红外遭受更少的大气衰减，而且它具有和红外系统在低能见度的黑夜正常工作的能力，并且它对于烟尘、云雾、沙暴和雨雪有着良好的穿透能力，能适应恶劣的环境，全天候、全天时工作，这些得天独厚的特点是红外系统所不能比拟的。这些特点对毫米波在民用技术和军事技术等方面的应用显得十分重要。