[发明专利]一种基于地基的大气廓线微波探测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种系统装置及其方法，特别涉及一种基于地基的大气廓线微波探测仪。

背景技术

微波辐射计是一种被动式的微波遥感器，能穿透云层和雨区，并能穿透一定深度的地表或植被获取被植被覆盖的地面信息以及地表下一定深度目标的信息，用于全天时、全天候地观测全球大气温度和湿度、水汽含量、降雨量等空间气象资料，以及地质与资源调查、海洋环境与海况检测、灾害性天气预报与检测等，在大气探测及海洋观测中具有重要作用。从大的方面来说，微波辐射计主要应用于大气微波遥感、海洋微波遥感和陆地微波遥感；以具体内容来看，微波辐射计主要应用于气象、农林、地质、目前还用于天文、医疗和导弹的末制导等方面。

地基大气廓线微波辐射计(地基大气廓线微波探测仪)作为微波辐射计的一种，与其他类型相比，具有功耗低、体积小、质量轻和工作稳定，维护成本低，运行可靠等特点，是一种成熟可靠的探测大气温度、湿度廓线的业务数据服务手段。优点其一是弥补了星载微波辐射计在低空垂直分辨率差，尤其是云的遮挡和强吸收以及大气对毫米波波段电磁的不透明性。优点其二是对云中液态水的灵敏度较高，在陆地上空，是目前最准确成本最低的垂直液态水通量测量的手段。

地基大气廓线微波探测仪将作为一种业务运行观测设备使用，地域宽广，环境条件千差万别，长寿命可靠运行、环境适应性强是关键的使用要求。

传统的单通道超外差微波辐射计由接收机，射频放大、混频器、本振、带通滤波器、平方律检波器、积分器等组成。天线接收到的目标经过混频下变换，经过中频放大后进行检波，再经过视频放大器积分后进行量化处理。利用单一射频及中频信道实现多通道探测，那么本振信号不能是单一频率的连续波信号，必须使用频综器，利用频率跳变信号作为本振。

在这种体制中，探测通道的数目可以根据需要增加或减少，取决于频率跳变的间隔。这种体制信道单一，射频及中频接收通道组成简单，但由于增加了频综器实现频率跳变，接收机硬件复杂度及开销并没有实质性降低，而且系统控制逻辑比较复杂。另外，这种体制的通道带宽在每个探测频点上保持一致。

图3是现有的基于地基大气廓线微波探测仪的超外差混频接收机示意图，噪声注入模块集成在接收机单元中，但按照其功能作用划分属于内定标单元的一部分，单通道超外差微波辐射计由接收机，射频放大、混频器、本振、带通滤波器、平方律检波器、积分器等组成。天线接收到的目标经过混频下变换，经过中频放大后进行检波，再经过视频放大器积分后进行量化处理。当利用单一射频及中频信道实现多通道探测，此时本振信号不能是单一频率的连续波信号，必须使用频综器，利用频率跳变信号作为本振。在这种体制中，探测通道的数目可以根据需要增加或减少，取决于频率跳变的间隔。这种体制信道单一，射频及中频接收通道组成简单，但由于增加了频综器实现频率跳变，接收机硬件复杂度及开销并没有实质性降低，而且系统控制逻辑比较复杂。另外，这种体制的通道带宽在每个探测频点上保持一致。

目前处于国际先进水平的射频直接检波体制，主要由定向耦合器、射频放大、功分器、带通滤波器、平方律检波器、积分器和视频放大器组成。天线接收到的目标信号不经过混频处理，经过放大后利用功分器分成若干个射频子通道，在每个子通道中利用带通滤波器的频率选择性固定其探测通道的频率，根据需要每个通道的带宽可以不一致。采用这种接收机体制，各通道同时观测，提高了观测效率。但由于器件水平和技术水平的限制，在国内还不能普遍使用。

在结构配置方面，Radiometrics公司的MP30000A采用的是双频共用反射面的方式，其优点是系统的横向体积较小，但如果考虑到增加一个极化分离栅网后需要一定的安装空间等要求，实际横向尺寸缩小的程度有限，而且在高度方向上尺寸会增加。同时，双频公用反射面所需的极化栅网会带来如下问题：加工难度大，而且导致成本增加；极化栅网会引入系统损耗，不利于提高系统灵敏度；由于两个频段频率跨度较大，天线反射面势必要兼顾频率高低端，导致天馈系统指标下降，不利于提高系统精度；天线罩、定标黑体性能要兼顾两个波段，参数指标受限。

现有的基于地基大气廓线微波探测仪的天馈系统双频共用反射面配置示意图，它具有横向尺寸小，纵向尺寸大的特点，要兼顾双频要求低副瓣实现难度大，需采用极化分离栅网实现双频观测，增加一定的损耗，双频共用定标黑体，对黑体性能要求较高，要兼顾双频性能，要求使用工作频段宽的天线罩，此时透波损耗较大，采用此配置方式系统扩展性差，不能进行多极化测量扩展。

发明内容