[發明專利]一種用于微波氣象觀測儀的標定系統和標定方法

無效

• 申請號: 201410102258.2
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103885096A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 張祖蔭;金鋒;張明星;祁倩;孫強;吳建
• 申請（專利權）人: 武漢安德瑞科技有限公司
• 主分類號: G01W1/18
• 分類號: G01W1/18
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

1.一種用于微波氣象觀測儀的標定系統，其特征在于：該標定系統有三層發射體，三層發射體分別為微波吸收體、絕熱箱、絕熱箱與微波氣象觀測儀的天線之間的空氣層，微波吸收體用金屬壓塊固定在絕熱箱內底部并與固定在絕熱箱底部的鉑電阻相接觸，鉑電阻通過導線與固定在絕熱箱外的引線柱相連，且微波吸收體上表面用液氮淹沒，絕熱箱內設有一空間安裝微波氣象觀測儀的天線，天線通過波導與絕熱箱外的微波氣象觀測儀的主機相連，引線柱連接到電阻表，計算機分別與電阻表和微波氣象觀測儀的主機相連，絕熱蓋蓋在絕熱箱上并密封。

2.根據權利要求1所述的用于微波氣象觀測儀的標定系統，其特征在于：所述的絕熱箱下部設有氮氣進氣管。

3.根據權利要求2所述的用于微波氣象觀測儀的標定系統，其特征在于：所述的絕熱箱外加一金屬屏蔽箱，且將對應固定在絕熱箱上的絕熱蓋、引線柱、天線的連接導線、氮氣進氣管從金屬屏蔽箱上引出。

4.根據權利要求2所述的用于微波氣象觀測儀的標定系統，其特征在于：所述的金屬壓塊上開有很多小孔。

5.利用權利要求1－4之一所述的用于微波氣象觀測儀的標定系統的標定方法，其特征在于按以下步驟進行：

第一步：將標定系統的溫度平衡在室溫T₀，氣象觀測儀天線接收的

T_AP1=T₀???（1）

T_AP1為氣象觀測儀接收到的實測溫度，計此時氣象觀測儀的輸出電壓為V₁，得到V₁、T_AP1一對標定值；

第二步：在標定系統中注入液氮，并保持液氮面金屬壓塊之上2－5厘米一段時間，使微波吸收體充分冷卻，此時鉑電阻阻值逐步變小，表明微波吸收體溫度逐步下降，當鉑電阻阻值在最小值穩定一段時間后，由該電阻值查表得到此時微波吸收體溫度也就是氣象觀測儀的天線輻射亮度溫度T_B2，并按式（2）算出觀測儀天線接收到的實測溫度T_AP2，計此時氣象觀測儀主機輸出的電壓為V₂，則得到另一對標定值V₂、T_AP2

TAP=1-Γ21-Γ1Γ2exp(ka2d){∫-d0ka2T(z)exp(ka2z)dz+Γ1exp(-ka2d)∫-d0ka2T(z)exp[-ka2(z+d)]}+(1-Γ1)(1-Γ2)1-Γ1Γ2exp(-2ka2d)exp(-ka2d)T1+ΓeΓ0---(2)]]>

Γe=1-(1-Γ1)[1-Γ1exp(-ka2d)]1-Γ1Γ2exp(-ka2d)---(3)]]>

式中T₁為微波吸收體溫度，未注入液氮時，T₁=T₀為室溫中空氣的溫度；注入液氮后，T₁可通過鉑電阻值測量，T（z）為絕熱箱底層的溫度分布，平衡在室溫條件下，其上部為液氮溫度，其下部為室溫T₀，中間的溫度分布可按下式（4）的規律計算，式中d為絕熱層厚度；

T(z)=(T0-T1)ZdT0---(4)]]>

Γ₁=(0.03)²是邊界Ⅰ的功率反射系數；由吸收體的特性決定；Γ₂是邊界Ⅱ的功率反射系數，由式（5）決定；

Γ2=|η3-η2η3+η2|2η=μϵc---(5)]]>

k_a2為第二層介質的吸收系數，由式（6）計算

ka2=4πλ0μ2rϵ2r′2(1+(ϵ2r′′ϵ2r′)2-1)---(6)]]>

上式（5）、（6）中，η為介質的特征阻抗，μ為導磁率，ε為介電常數，λ₀為電磁波長，下標2、3表示介質的層數，由標定系統輸出信號圖可知：

μ₂=μ₃=μ₀=4π×10^-7亨/米，μ_2r=μ_3r=1，ε_c=ε_rε₀，ε_3r=1，ε_2r=1.03-0.0001j，即ε′_2r=1.03，ε′′_2r=0.0001；

第三步：氣象觀測儀的主機均能使T_AP和V具有良好的線性關系，由這兩對標定值決定的線性方程，即為所求的標定方程：

TB=TAP1-TAP2V1-V2(V-V2)+TAP2---(7)]]>

使用過程中根據氣象觀測儀輸出的電壓V，由上述計算公式算出氣象觀測儀接收到的亮度溫度T_B。

6.根據權利要求5所述的用于微波氣象觀測儀的標定系統的標定方法，其特征在于：

如果氣象觀測儀T_B～V的關系不是絕對線性的，采用式（7）計算誤差大，不能采用兩對標定值決定線線定標方程，需要采取多點標定；按以下步驟進行：隨著標定系統中液氮的逐步揮發，微波吸收體的溫度會逐步升高，一段時間之后，微波吸收體又會回到室溫，在此過程中，在不同溫度下我們重復步驟（1）、（2）得出一系列的(T_AP1;V₁);(T_AP2;V₂);(T_AP3;V₃);……(T_APn;V_n);然后由這一系列的標定點數據擬合成一個標定方程T_B～V。