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微波辐射计的设计原理与应用

发布时间:2019-07-22 19:17 来源:未知 编辑:admin

  Optics & Mechanics & Electrics 光 机 电 文章编号:1009-8119(2017)05(2)-0097-01 微波辐射计的设计原理与应用 田 星 张杼一 (中国民用航空西南地区空中交通空管局气象中心,成都 610225) 摘要本文介绍了微波辐射计基本工作原理、结构设计组成以及其软件应用。微波辐射计是一种被动式的微波遥感设备,通 过接收被观测场景辐射的微波能量来探测目标的特性,用来测量地面到高空 10km 连续的温度、湿度、液态水等廓线,进而反演得 到丰富的数据产品丰富。 关键词微波辐射计 ; 设计原理 1 工作原理 微波辐射计是一种被动式的微波遥感设备, 本身不发射任何电 磁波, 被动地通过接收被观测场景辐射的微波能量来探测目标的特 性, 用来测量地面到高空 10km 连续的温度、 湿度、 液态水等廓线, 是大气基本要素的探测仪器。 微波辐射计是用来测量 22-200GHz 频段中的大气辐射。大气辐 射中对微波有吸收作用的主要是氧分子和水汽分子, 其它的可以忽 略不计。 水汽吸收主要是位于频谱 22.23GHz 和 183.31GHz 两处。 通过测量水汽分子在 22.235GHz 附近的辐射强度或亮温可以得到湿 度廓线, 通过观测来自于水汽线压力增宽的辐射的强度和形状的信 息,可以得到水汽廓线 ; 通过测量氧气分子在 60GHz 附近的辐射强 度或亮温可以得出温度廓线。本文以爱尔达 -HTG3 型地基多通道微 波辐射计(下简称 HTG3)为例介绍其设计原理。 (公式 1) 微波辐射计可以通过扫描光谱分布以及数据反演观测数据, 从 而得到水汽廓线 是地基微波大气遥感的基本方程。用测量得 到的几个频率 v 或天顶角 θ 上的几个 (θ,0)值作为反演算法 输入变量从而得到感兴趣的大气参数变量。 2 结构设计 微波辐射计 HTG3 系统硬件系统由主体设备和外围设备两部分 组成。其结构设计组成如图 1 所示。其中, 主体设备包含天馈分系统、 接收分系统、定标分系统和辅助分系统。 图2 内置黑体定标 除此之外, 还有内置噪声注入定标、 内置天顶扫角定标、 外部 液氮冷源定标等。 而辅助单元包括雨雪传感器、 鼓风机、 加热器、 地面气象站、GPS 接收器。 3 安装调试 为微波辐射计和控制计算机选择一个合适的位置。HTG3 可以安 装在地表面上或建筑物的屋顶。选址时注意以下几点 : (1) 选择一个天线视野, 使天线从正北到天空, 再到正南观测 时均没有被障碍物遮拦住,从而使天线°,进行全天空扫描。 (2) 需选择地表坚固的地面, 并且能够支持 100kg 的承重量, 来安装和固定平台支架。 (3)标准型电缆一套是 60m 长,数据线 软件应用 微波辐射计 HTG3 的应用软件为绿色版, 拷贝即用, 配置要求 较低。产品包括亮温数据、斜温图、液态水廓线等产品。 应用软件输出的数据格式有三级 : 各通道电压原始数据文件 ; 辐射计各个通道的实时亮温数据以及辐射计自带的地面气象传感器 的测量数据等 ; 反演计算获得的大气温度、 大气柱积分云水含量和 其他衍生产品的数据文件。 图1 结构设计框图 2.1 天馈分系统 天馈分系统包括: 抛物面天线、光栅、波纹馈源和天线 接收分系统 接收机采用的是直接检波阵列式的滤波器(DDFB) , 它采用 并 行 的 扫 描 方 式, 通 道 占 用 率 为 100%, 适 用 于 在 频 带 宽 度 小 于 110GHz 的微波信号的接收。 2.3 定标分系统 定标分系统包括内部黑体定标和内置噪声注入定标, 内置天顶 扫角定标和外部液氮冷源定标。 内置黑体定标是仪器的关键部件之 一,如图 2 所示。锥形吸收材料是由低热容量碳装泡沫做成的。外壳 5 总结 本文介绍了微波辐射计基本工作原理、 结构设计组成以及其软 件应用。 它按功能可划分为天馈系统、 平台系统、 电源系统、 定标 系统、 辅助系统五部分。应用软件配置要求低, 安装简易, 产品丰富, 是重要的气象要素探测手段。 参考文献 1 周秀骥, [ 大气微波辐射及遥感原理 ] ,北京:科学出版社, 1983 年. 2 廖国男,[大气辐射导论],北京:气象出版社,2004年. 3 陈洪滨,[测量云液水柱含量的一个设想],大气科学,2002年,26 (5):695-701. 是由完全密封的隔离的高密度和低密度的泡沫塑料做成的, 它使得 外部和内部完全隔离。 泡沫吸收, 使空气从吸收材料的底部通过穿 孔流入到锥形材料的上部。 气流是由四个风扇驱动, 它保持了空气 的一个稳定的交换、工作方式。 2017·5(下) 军民两用技术与产品 97

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