[发明专利]一种双频段双极化星载云雨测量雷达系统

说明书

本发明公开了一种双频段双极化星载云雨测量雷达系统，主要由天线子系统、射频子系统、数字子系统、监控子系统和电源子系统组成；天线子系统采用抛物柱反射面/微带反射阵列天馈体制，包括：抛物柱反射面/微带反射阵天线，Ka频段有源相控阵馈源，W频段波束波导馈电系统，Ka/W两个频段共用抛物柱反射面/微带反射阵天线；射频子系统连接到Ka频段有源相控阵馈源，W频段波束波导馈电系统和数字子系统，数字子系统连接到终端。本发明具有以下优点：可定量的获得视场内云和降水的三维垂直结构信息，获得的全球云雨三维结构数据可以应用于大气云和降水的三维高精度反演，也可应用于全球极端天气的监测和预报，并可应用到大气科学和数值模式模拟研究中。

技术领域

本发明涉及一种雷达，更具体涉及一种星载气象探测雷达。

背景技术

自第一颗气象卫星发射成功以来，气象卫星在全球气象灾害监测和气候认知研究及预报等领域发挥着重要作用。目前多数气象卫星仍以搭载被动遥感仪器为主。美国国防气象卫星(DMSP)的微波遥感成像仪SSM-I已经在轨观测超过11年，监测全球云雨分布及其他有关参数。日本的ADEOS-II项目中，微波扫描辐射计AMSR反演大气中水汽、云中含水量及降水是重点研究目标。被动遥感仪器的探测结果是波束方向上的积分效应，无法获得波束路经上的云、雨粒子的分布信息。虽然有人曾利用多波段微波辐射计反演降水云中水汽的垂直分布，所得结果能粗略反映云雨垂直结构的主要特征，但它的垂直分辨率较差，提高它的垂直分辨率又非常困难，这种方法不可能达到星载云雨雷达的测量水平。

星载云雨测量雷达的基本设计研究开始于20世纪70年代的中后期，在20世纪80年代期间提出了一些星载云雨测量雷达的任务。20世纪90年代中期，人们在空间用航天飞机的成像雷达SIR-C、X-SAR以及TOPEX高度计来观测降雨。虽然这些试验是初步的，但是这些试验结果预示了用星载云雨雷达测量降雨的可行性。

许多国际性大气科学实验计划中也把全球云雨测量列为重点，如美日合作的热带降水测量计划(TRMM)，美国地球观测系统(EOS)的CloudSat卫星、CALIPSO卫星，以及即将发射的DPR卫星，欧洲Living Planet计划的EarthCARE卫星。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种提高垂直分辨率，定量的获得视场内云和降水的三维垂直结构信息的双频段双极化星载云雨测量雷达系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种双频段双极化星载云雨测量雷达系统，主要由天线子系统、射频子系统、数字子系统、监控子系统和电源子系统组成；

天线子系统采用抛物柱反射面/微带反射阵列天馈体制，包括：抛物柱反射面/微带反射阵天线，Ka频段有源相控阵馈源，W频段波束波导馈电系统，Ka/W两个频段共用抛物柱反射面/微带反射阵天线；

射频子系统连接到Ka频段有源相控阵馈源，W频段波束波导馈电系统和数字子系统，数字子系统连接到终端，监控子系统负责全机工作状态的监视和控制，电源子系统完成对雷达系统各个分机的供电。

作为优化的技术方案，抛物柱反射面/微带反射阵列天线包括偏置抛物柱主反射面和印制在抛物柱主反射面上的微带反射阵列天线，抛物柱主反射面的焦线与Ka频段有源相控阵馈源重合，馈源实现±8.5°方位向扫描，对抛物柱主反射面进行照射完成俯仰向聚焦，形成Ka频段远场方向图；微带反射阵列天线由印制在抛物柱主反射面上的微带贴片单元构成，这些贴片单元对Ka频段透明，对W频段则在抛物柱面的方位向提供聚焦能力，使之等效于偏置抛物面，通过馈电喇叭照射后形成W频段远场方向图。

作为优化的技术方案，其中微带贴片在俯仰向引入微小的相位梯度，使W频段焦点下移，偏离Ka频段焦线。

作为优化的技术方案，抛物柱反射面/微带反射阵列天线包括还包括副反射面。