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降雨不仅直接影响着人类利用淡水资源的能力,像农业灌溉、洪水控制、干旱应对和淡水供应等,而且对地球的能量传输和生物地球化学循环起着重要的作用。因此,降雨量的精确测量对气象预报、防灾减灾和工农业生产等具有十分重要的意义。由于X波段合成孔径雷达(X-band Synthetic Aperture Radar,X-SAR)具有穿透性强、高分辨率、全天候、全天时等优点,利用X-SAR能够探测全球降水的两维分布,反演出更多雨云特征和发挥SAR卫星的投资效益。因此,开展X-SAR测量降水的研究具有理论和现实意义。本文主要研究了SAR用于测雨的工作原理和反演算法,及SAR的石墨烯天线。主要内容如下:首先,本文研究了SAR的测雨理论。介绍了SAR的相关概念,如SAR的分辨率和SAR测雨的三维分辨率及体分辨单元。分析了电磁波在雨云中的散射和衰减,以及SAR测雨的信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)和信杂比(Signal to Clutter Ratio,SCR)。其次,建立了归一化雷达散射截面(Normalized Radar Cross Sections,NRCS)模型。NRCS即σSAR由两部分组成,即面散射回波σsrf和体散射回波σvol。研究了降雨空间分布模型,在该模型中降雨强度可分解为独立的水平和竖直分布函数。分析了SAR在各个雨云区域中的回波路径。仿真了SAR的雷达回波数据。然后,回顾了基于统计的定向模型(Model-Oriented Statistical,MOS)反演算法,在MOS算法的基础上提出了基于统计和沃尔塔积分方程的定向模型(Model-Oriented Statistical and Volterra Integration,MOSVI)反演算法。通过仿真验证了MOSVI算法的可靠性,仿真结果显示:MOSVI算法是一个可靠、简单、有效的算法。利用MOSVI算法,结合南海某一地区的SAR数据反演出了该地区的实际降雨分布。最后,研究了SAR的石墨烯天线。介绍了微波至太赫兹波段石墨烯的电磁特性。石墨烯是个二维材料,其质量可忽略不计,并且具有较好的机械性能、热稳定性和可调节的电导率。这些优异特性正是星载SAR所需要的。论文设计和仿真了石墨烯超宽带天线及频率可重构天线。超宽带天线的工作频率在9.09GHz,-10 dB阻抗带宽超过了33%。频率可重构天线工作在9.48 GHz、9.49 GHz、9.57 GHz、9.65 GHz和9.79 GHz,在每一个谐振频率上,-10 dB阻抗带宽都超过了30%。