微波高度计：告诉你大海有多深
三维成像微波高度计，是“天宫二号”搭载的一项先进仪器。用科学家的话来说，这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。
据介绍，这台微波高度计由双天线、双前端、双接收机、双固态功率放大器、发射机、频综器、数控单元以及电源等12台单机组成。它采用小角度、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。
中科院国家空间中心研究员、“天宫二号”微波成像高度计分系统主任设计师张云华告诉《中国科学报》记者，“宽刈幅”是指垂直于飞行方向的观测/测绘范围（即幅宽）达到数十公里，远超过传统高度计只有数公里的星下点足印范围。而“天宫二号”搭载的微波高度计在三维海洋表面观测方面比传统高度计幅宽提高10倍，极大提高了观测效率。
据悉，有了这些先进功能，微波高度计项目的实施有望为研究全球的海洋动力环境提供直接的科学观测数据，同时也为全球能量交换、气候变化的研究提供不可或缺的科学依据。
“它能以几厘米到十几厘米的精度精确测量数十公里观测幅宽范围内的海平面高度，并且获得海面的三维形态。”张云华表示，“国际上还没有能实现这样功能的雷达设备在轨运行。”
测量海平面高度是微波高度计的重要任务。它首先利用小入射角、一发双收的双天线和双通道接收机获取高相干海面回波，再精确获得宽刈幅范围内描述海面高度的干涉相位信息。最后，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，确定平均海平面的高度值。
由于海洋水下环境能反映到海平面的变化上，因此，微波高度计担当的另一个重任就是对海洋的水深进行测量，进而反演海底地形。张云华表示：“它是实现海洋测绘的重要技术手段之一。”
据记者了解，“天宫二号”微波高度计的设计和研制工作由中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术院重点实验室姜景山院士担任首席科学家、张云华研究员担任主任设计师的团队完成。
张云华介绍，自“九五”开始，团队先后得到了国家多个相关计划的支持。“从概念研究开始，建立了仿真系统、开展了信号处理方法研究和突破了多项关键技术之后，我们研制了多台套的机载样机设备并开展了机载飞行试验，为研制天宫二号搭载的微波高度计奠定了基础。”
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