[发明专利]一种多通道微波辐射测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地基多通道微波辐射计，涉及一种多通道微波辐射测量装置。

背景技术

一切物质只要处于绝对零温度以上，每时每刻都会向外辐射电磁波，而地球大气辐射的电磁波覆盖了整个微波、毫米波直至红外波段，其中K频段辐射强度主要反映大气水汽分布情况，V频段辐射强度则主要反映大气温度的分布特性。如果能够实时并精确测量K频段和V频段的大气辐射强度谱，就可以通过进一步的数据处理实时解算大气温湿廓线。

辐射计能够探测目标物体微弱的热辐射能量，从而侦察到目标的存在与否、距离远近以及形状大小等信息。它纯粹以被动接收的方式工作，无需对外发射电磁信号，甚至也不依赖目标主动发射的电磁波。

辐射计探测目标的物理基础来自于量子理论：只要温度不低于绝对零度，任何物体均具有向外辐射电磁能量的能力。辐射能量分布在整个电磁频谱上，而辐射强度的大小及其频谱形状与物体的物理温度和材料性质等多种因素有关。因此无论自然物体还是人造物体都会产生电磁辐射，只不过这种辐射能量的强度太微弱，普通手段无法准确测量及精确感知其变化情况，因此将其称为热辐射噪声。一般来说，雷达等常规设备要么将其视为影响探测的有害噪声，要么忽略其存在。

而微波辐射计却是专门用于接收和测量这种微波辐射噪声的特殊设备。将地基多通道微波辐射计用于大气探测，无需对外发射电磁信号即能获得敏感频段的大气辐射强度谱，经过进一步的数据处理，就有可能解算出高时空分辨率的大气温湿廓线（即大气温度、湿度沿垂直方向的分布数据），这将为中小尺度天气实时监测、预警、数值预报研究和人工影响天气的作业指挥提供重要的观测数据和决策依据。作为一种无球探空方式，它还拥有无线电探空仪难以实现的实时连续、位置精确、无人值守操作和隐蔽探空能力，因此具有很高的实用价值。目前国外一些技术先进的地基多通道微波辐射计实现了比较高的集成度，具备多频谱探测和综合信息处理能力，已经投入气象观测应用并实现了业务化。

微波辐射计的基本原理虽然简洁明了，但要准确测量微波辐射噪声如此弱小的真实强度、或精确感知其微弱变化却很不容易，在系统设计上和具体的工程实现中都存在很多的难点。对辐射计电参数稳定性和天线旁瓣提出远高于普通电子设备的苛刻要求；而针对不同的应用需求和指标要求，还需要设计最适当的系统架构、测量标定体系和数据处理算法（例如中国专利号ZL201010248723.5提出了一种辐射计标定流程和计算方法）。因此高性能微波辐射计是多学科高技术成果的综合体，集中体现了电子器件、材料、精密机械加工、软件设计、结构和工艺设计技术的最新进展。我国有必要为此开展基于自主技术的研究开发，原因如下：

[1]多通道微波辐射计在大气遥感方面具有独特优势和很高的实用价值；

[2]国外先进的多通道微波辐射计产品并未公开具体的技术细节和加工方法；

[3]国内的电子器件、材料、精密机械加工和处理技术与国外先进水平相比存在明显差距，因此不能照搬国外的设计思路，而应立足国情开展自主研究；

[4]多通道微波辐射计是多学科高技术成果的综合体，目前国内外技术都还不够完善和成熟，仍在不断探索、改进、完善和创新。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多通道微波辐射测量装置，

技术方案

一种多通道微波辐射测量装置，其特征在于包括适应K频段和V频段的天线部分、和与K频段和V频段连接的接收装置和微波黑体辐射源；天线部分的K频段和V频段的馈源连接K频段接收机和V频段接收机，K频段接收机和V频段接收机的输出端连接控制单元；所述两个接收机共用一台本振；所述微波黑体辐射源包括常温黑体辐射源和液氮制冷黑体辐射源，相对于天线反射面的转动轴对称安装，且黑体的角锥均面向转动轴。

所述的天线部分包括一个透波天线罩、偏馈抛物反射面、极化栅、K频段波纹喇叭馈源和V频段波纹喇叭馈源；极化栅位于偏馈抛物反射面和K频段波纹喇叭馈源的中心线上，且倾斜45度角安装，极化栅的栅条垂直排列，K频段波纹喇叭馈源位于反射面的焦点处，V频段波纹喇叭馈源则位于中心线的垂直方向；偏馈抛物反射面安装在步进转台上。

所述K频段接收机安装在K频段馈源的后方，采用WR-34规格波导连接。

所述V频段接收机安装在V频段馈源的下方，采用WR-15规格波导连接。

所述的本振采用标准的SMA微波同轴连接器，通过半刚性高频同轴电缆分别与K频段接收机和V频段接收机连接。