[發(fā)明專利]一種星載微波輻射計

有效

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• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN107449965B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 何杰穎;張升偉;王婧
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01R23/165
• 分類號: G01R23/165
• 代理公司: 11472 北京方安思達知識產權代理有限公司
• 代理人: 王宇楊;陳琳琳

本發(fā)明提供了一種星載微波輻射計，包括：饋源、定標體、電機、微波接收天線、掃描驅動控制模塊、高速數字采集系統(tǒng)、微波接收機；所述的電機在掃描驅動控制模塊的控制下驅動微波接收天線轉動，所述的高速數字采集系統(tǒng)與微波接收機、掃描驅動控制模塊、上位機連接，通過高速數字采集系統(tǒng)與上位機進行通訊，并實現對微波接收機輸出的模擬信號細化譜分辨率后，以多通道形式進行數字采集和量化處理，將得到的數字信號輸出至上位機，同時控制掃描驅動控制模塊的運行。本發(fā)明利用現有傳統(tǒng)微波輻射計的基礎理論，給出超寬帶超多通道微波輻射計，實現精細譜段微波輻射計測量，提高了大氣參數探測的垂直分辨率，避免了傳統(tǒng)微波輻射常規(guī)探測的不足。

技術領域

本發(fā)明涉及微波輻射計領域，特別涉及一種星載微波輻射計。

背景技術

大氣溫度和濕度廓線是重要的氣象參數，目前，在氣象業(yè)務應用中通常采用的探測方法包括：無線電探空儀、探空氣球現場測量、地基微波輻射計和極軌氣象衛(wèi)星微波輻射計。

但是，上述探測方法各自存在著以下不同的缺陷：由于無線電探空儀體積龐大、成本較高，而且需要復雜的安裝和運行條件，需要大功率的無線電輻射，因此不能將其安裝和運行在人口稠密的地區(qū)，并且其空間分辨率和時間分辨率都較低；氣球現場探測技術只能進行離散時間上有限的測量，長期探測的成本高，一般每天只能獲得1～2次測量數據，并且其施放受限于氣象條件。地基微波輻射計具有局部性和個體差異性，目前還未實現組網；而星載微波/毫米波輻射計遙感大氣參數，具有全球探測能力，特別是在海洋上空和人跡罕至的陸地地區(qū)，但目前的微波輻射計均為傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)，通道個數少，受限于觀測幾何，對于低空的垂直分辨率較差，特別是云的遮擋和強吸收，以及大氣對毫米波段電磁波的不透明性，衛(wèi)星遙感對于對流層底部、邊界層的探測性能很差。

為解決寬頻譜范圍內觀測不同頻率通道對應亮溫的需求，細化譜分辨率，2011年，林肯實驗室首次公開提出“微波高光譜”概念，開辟了微波輻射計發(fā)展的新方向，并于2012年研制出一種機載式微波高光譜微波輻射計，頻率為118.75GHz和183.31GHz，分別細化為36個通道和15個通道。在我國，空間中心針對水汽和氧氣吸收譜線，研制帶寬為250MHz，頻譜分辨率15KHz的譜分析儀，開展高速寬帶相關器技術研究，已取得一定進展。北京航空航天大學2011年至2013年間同樣研究與實現了一種地基式K波段18-26GHz共80個通道的微波高光譜輻射計。但是，上述已研制的微波輻射計的頻率較低、帶寬仍然過窄，頻譜分辨率不高，從而導致其對大氣溫濕度的測量精度較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，為提高微波輻射計對大氣探測的垂直分辨率，提出了一種具備精細頻譜分析能力的超寬帶超多通道星載微波輻射計，這種星載微波輻射計是擁有連續(xù)頻譜通道的微波遙感系統(tǒng)，對于微波大氣溫濕度高垂直分辨率探測，以及在譜線狹窄的大氣痕量氣體探測方面具有良好的應用前景。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供的一種星載微波輻射計，包括：饋源、定標體、電機、微波接收天線、掃描驅動控制模塊、高速數字采集系統(tǒng)、微波接收機；所述的電機在掃描驅動控制模塊的控制下驅動微波接收天線轉動，所述的微波接收天線通過掃描大氣及定標體，將接收到的電磁波信號發(fā)射至與其相對設置的饋源內，所述的微波接收機接收饋源輸出的、與其工作頻率相匹配的微波信號，所述的高速數字采集系統(tǒng)與微波接收機、掃描驅動控制模塊、上位機連接，所述的星載微波輻射計通過高速數字采集系統(tǒng)與上位機進行通訊，該高速數字采集系統(tǒng)實現對微波接收機輸出的模擬信號細化譜分辨率后，以多通道形式進行數字采集和量化處理，將得到的數字信號輸出至上位機，同時控制掃描驅動控制模塊的運行。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的微波接收機采用工作頻率為50GHz-70GHz的低頻段接收機，用于探測大氣溫度數據；所述的低頻段接收機采用超外差體制接收機；該低頻段接收機包括：隔離器、波導濾波器、前置放大器、功分器、本地振蕩器、混頻器、主中頻放大器、帶通濾波器和低噪放大器；