为了增强微波辐射计的探测能力,近年来对各种新体制辐射计的研究逐渐成为热点,其中具有代表性的有:采用稀疏天线阵列的综合孔径辐射计可有效提升被动微波遥感的空间分辨率;极化辐射计通过测量四个stocks参数可获取目标全极化亮温信息;谱辐射计则能够获取随频率变化的目标亮温谱线。这些新型辐射计的出现极大的提升了被动微波遥感手段获取目标复杂信息的能力,有力的拓展了微波辐射计在陆地、海洋、大气遥感以及深空探测等领域的应用。　　 随着微波遥感技术的不断发展,实际应用对微波辐射计提出了越来越高、越来越全面的性能要求,能够同时实现高空间分辨率、全极化测量以及谱分辨测量的微波辐射计系统,对于拓展被动微波遥感的前沿应用来说具有重要意义。然而,目前针对以上三种新型辐射计的研究相对独立,通常是面向不同应用侧重以不同的系统架构单独实现。虽然在技术上存在将空间干涉测量、极化测量以及谱测量在同一台辐射计中实现的可能性,但是目前对此类系统尚缺乏系统性的深入研究。　　 在此背景下,本文从旋转采样干涉式综合孔径微波辐射计的研究基础出发,在其基本组成单元——相关接收机的架构下增加了极化相关及延时相关的功能,采用了一种新的“旋转采样干涉式综合孔径全极化宽谱成像微波辐射计”的系统设计方案来实现目前日益增长的应用需求,对其所涉及的相关关键问题进行了研究,所完成主要研究工作及成果如下:　　 1.“旋转采样干涉式综合孔径全极化宽谱成像微波辐射计”系统架构研究。完成了以相关接收机为核心的辐射计系统架构设计,该系统架构以干涉式综合孔径辐射计的稀疏天线阵列/多通道相关接收机架构为基础,将每个单元天线/接收机升级为双极化天线/双通道接收机模块,相应增加相关器数目以实现全极化相关,并将每个相关器均升级为多时延相关模块以实现谱分辨能力。整个系统采用旋转采样工作模式(稀疏天线阵列绕轴自旋),以降低凝视成像系统复杂度。此种系统架构更多的体现了一种技术上的权衡,即机械扫描系统开销与电子系统开销的妥协与权衡,在常规的综合孔径技术的基础上添加较易实现的慢速自旋机构来降低电子系统的规模。　　 2.“旋转采样干涉式综合孔径全极化宽谱成像微波辐射计”可见度函数表达式建模。建立了旋转采样干涉式综合孔径全极化宽谱成像辐射计系统的可见度函数表达式,在天线阵列旋转的情况下,完成了对空间相关、极化相关以及谱相关的建模。根据由时域互相关函数与频域互谱密度函数的傅立叶关系,推导了数字相关器的时域相关输出与频域可见度函数之间的关系:在阵列旋转的情况下对全极化可见度函数进行了建模,考虑了极化旋转及交叉极化方向图等因素。　　 3.“旋转采样干涉式综合孔径全极化宽谱成像微波辐射计”可见度函数校正及亮温反演方法研究。基于可见度函数模型,本文还开展了可见度函数校正及亮温反演算法的研究工作,建立了原始可见度函数预处理与亮温图像反演流程。通过多时延数字相关实验验证了互谱相关的机理,通过旋转采样全极化系统的仿真验证了极化旋转及交叉极化方向图校正方法,对经过极化校正后的可见度函数应用伪极网格算法获得了反演图像,验证了可见度函数模型的正确性。　　 4.旋转采样干涉式综合孔径微波辐射计灵敏度分析方法研究。开展了旋转采样成像系统的辐射灵敏度分析研究,提出了两种基于网格的灵敏度分析方法,包括极坐标网格分析法及预置标准网格分析法,解决了旋转采样系统的原始采样网格不规则所带来的灵敏度计算的困难;此外还提出了辐射灵敏度的快速估计方法,包括基于口面稀疏比的估计方法以及基于凝视成像Y形阵列的替代计算方法。　　 5.旋转采样干涉式综合孔径微波辐射计稀疏阵列优化方法研究。针对旋转采样系统的稀疏阵列优化问题,提出了基于系统灵敏度最大化的优化设计方法,即在给定总天线数及独立基线数的约束下,实现空间频率域均匀覆盖采样及系统灵敏度最大化的优化目标,并推导了优化目标函数。在对旋转阵列优化问题的分析中,引入了双增益天线阵列的概念,明确了阵列优化的目的在获得对基线长度采样完备覆盖的前提下,使基线长度的密度分布符合某种特定的概率分布(通常为均匀分布,或高斯分布),从而优化系统的灵敏度及点目标旁瓣电平。　　 6.静止轨道毫米波大气温度探测仪原理样机研制。完成了静止轨道毫米波大气温度探测仪的方案设计,开展了对空间分辨率、辐射计灵敏度、成像周期以及成像视场等关键指标的权衡分析及设计,建立了星载系统复杂度与各项技术指标之间的对应关系模型,进而给出了不同指标需求约束下的星载系统的规模估计,并完成了对在轨定标方案的初步分析。在此基础上,在国际上首次开展了全尺度地面样机的研制及实验,完成了50～56GHZ两单元干涉实验,验证了系统方案的可行性。