[实用新型]基于双频天线的地基气象微波辐射计系统

说明书

技术领域

本实用新型属于大气微波无源遥感领域，具体涉及到一种基于双频天线的地基气象微波辐射计系统。

背景技术

微波辐射计作为一种被动遥感探测设备，其结构简单，可以连续不间断的接收大气自身发射的微波辐射信号，并从大气亮温信号中直接反演出温度、湿度以及液态水含量等气象要素的大气垂直分布信息，从而准确的预测中小尺度天气灾害，对于实时气象预报具有非常重要的实用价值。近年来，国内对气象微波辐射计在灾害天气预报方面的应用已经引起了广泛的关注。理论及实践研究证明：对于暴风雨、降雨、雾、冰冻等天气能满足即时预报的要求，从而能弥补气象雷达、探空气球等其它设备在天气即时预报方面的不足。

目前，美国Radiometrics公司和德国RPG公司生产的微波辐射计均采用了通过极化栅网共用反射面或者抛物面的方式，这种天线形式的缺点是：天线加工成本比较高，同时极化栅网引入了损耗，降低了天线的性能。国内有单位提出了双频独立反射面的地基微波辐射计，但是，两个频段(K波段和V波段)的天线并排独立放置，所占体积较大；同时由于天线并排放置，两个频段所测量的天空大气在空间位置上有一定的错位，引入了额外的误差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于双频天线的地基气象微波辐射计系统，本实用新型的辐射计采用双频独立旋转天线来替代采用极化栅网共用反射面或抛物面的双频天线。

基于双频天线的地基气象微波辐射计系统，包括微波辐射计、电机、气压传感器、红外辐射计、GPS、温湿传感器、雨量传感器、数据采集与控制器、电源模块、计算机、室温黑体定标源，气压传感器、红外辐射计、GPS、温湿传感器、雨量传感器分别与数据采集与控制器相连，数据采集与控制器与计算机相连，通过电源模块为系统各器件供电，室温黑体定标源安装在微波辐射计内，其特征在于：所述的微波辐射计由K波段天线、K波段接收机、V波段天线、V波段接收机组成，K波段天线与K波段接收机相连，V波段天线与V波段接收机相连，K波段接收机和V波段接收机分别与数据采集与控制器相连，且K波段天线与V波段天线背对背安装，电机控制整个微波辐射计旋转。微波辐射计系统进行大气测量时，需要对微波辐射计进行定标。系统自身带有室温黑体定标源，通过对微波辐射计进行定标，使系统的输出电压转换为大气辐射亮温。本实用新型的两个独立旋转天线用于信号接收，其中K波段天线和V波段天线接收的信号分别送入K波段接收机和V波段接收机，信号经滤波、放大、下变频以及检波后，与气压传感器、GPS、温湿传感器、雨量传感器以及红外辐射计采集的信号一起送入计算机进行处理，最终反演出大气温度、湿度廓线以及液态水含量。其中，红外辐射计可用来判断是否有云，并根据有云的情况测出云底的温度和云底的高度，这些信息可用于大气参量的反演。

所述的K波段天线和V波段天线背对背安装是指K波段天线和V波段天线的前馈抛物面天线或卡塞格伦天线上下背靠背叠放，当K波段天线指向天空进行测量时，V波段天线指向室温黑体进行定标；然后旋转微波辐射计，V波段天线指向天空进行测量时，K波段天线指向室温黑体进行定标，周而复始。这种天线体制的加工难度和成本不仅较低，而且由于减少了极化栅网，天线损耗降低，增加了辐射计系统的灵敏度；此外，由于一个频段的辐射计进行大气测量时，另外一个频段可以进行常温黑体定标，通过增加定标的次数，有利于提高微波辐射计的长期稳定度；与其它并排独立放置两个频段天线的模式相比，两个频段的天线所测量的大气在空间位置上是重叠的，减少了两个频段天线接收区域错位带来的误差，同时有效节省了空间。

一种基于双频天线的地基气象微波辐射计系统的测量方法，其特征在于按系统四点定标、噪声注入定标或者增益定标、以及倾斜曲线定标的步骤进行，具体如下：

(1)进行大气亮温测量前，首先对辐射计系统进行四点定标；辐射计系统的非线性模型由下式给出：

V＝GT^α,0.9≤α≤1.1 (1)

上式中，V为检波器端电压,G是系统增益,a是非线性因子,T是系统噪声温度T_sys与环境噪声温度T_SC之和；其中，非线性因子α，系统噪声温度T_sys以及系统增益G都是未知的，常规两点定标无法求出三个未知数；为此，采用四点定标的方法，即通过增加一个额外的注入噪声温度T_n来产生四个方程，从而获得系统的定标方程；