[发明专利]基于地面天线阵列的星地链路层析垂直云场的系统及方法

说明书

本发明涉及基于地面天线阵列的星地链路层析垂直云场的系统及方法，包括：卫星接收天线、卫星接收机、同步控制模块、物联网信息传输模块、云处理计算平台、显示平台；卫星接收天线用于跟踪接收极轨卫星的下行信号并采集其信号强度和信号质量；卫星接收天线与卫星接收机共同构成卫星接收装置；同步控制模块用于控制卫星接收天线的方位角和仰角；物联网信息传输模块用于将卫星接收天线采集的信号强度和信号质量传输至云处理计算平台；云处理计算平台用于对多路卫星信号进行时序匹配、预处理和反演计算，得到云场信息；显示平台用于对云场垂直分布进行三维可视化展示。通过多条星地链路扫描层析垂直云场，实现对大气云场垂直分布的高分辨率重构。

技术领域

本发明涉及一种非合作源气象信息获取与应用领域，特别是涉及基于地面天线阵列的星地链路层析垂直云场的系统及方法。

背景技术

利用非合作微波链路的衰减、时延和去极化等传播效应来反演大气降水、水汽密度等信息，是常规大气探测的一种有效补充手段，已成为高时空分辨气象信息获取与公共气象服务的潜在方向之一。除了近地面传播的视距微波链路以外，全球还广泛覆盖了广播和通信卫星的信号，其所采用S(2～4GHz)、X(8～12GHz)、C(4～8GHz)、Ku(12.5～18GHz)、Ka(26.5～40GHz)、Q(33～50GHz)和V(50～75GHz)等多个频段，这些信号在从卫星至地面的斜程传播过程中，实时受到云和降水的衰减，频率越高，影响越大。在卫星通信领域，气象影响是需要尽量避免的，而在气象领域，则可以利用这一影响来反演获取气象信息。

现有星地链路研究以测量降水为主，利用单条星地链路可以反演得到路径平均降雨，利用多个星地链路可以重构水平降雨场、垂直降雨场和三维降雨场。实际上，云和降水没有本质区别，都是由小水滴或冰晶组成，仅在粒子尺度和数密度等方面略有差别。现有方法中，地基遥感能够获取单点或小范围的云宏观或微观特征，但是覆盖范围有限，存在盲区；空基遥感能够获取大范围云分布或微观信息，但是时空分辨率有限，受到轨道和扫描方式的限制，难以进一步提高。当前，全球大部分区域都有数量众多的卫星接收天线，如能将星地链路应用于云场的测量，那么对于进一步提高气象信息获取的覆盖范围和时空分辨率，提升海上、山区、无人区等区域的气象监测和预警效果等都具有重要的促进作用。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于地面天线阵列的星地链路层析垂直云场的系统及方法，利用多个地面卫星天线组成接收阵列，通过多条星地链路扫描层析垂直云场，实现对大气云场垂直分布的高分辨率重构。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

基于地面天线阵列的星地链路层析垂直云场的系统，包括：

若干卫星接收天线、卫星接收机、同步控制模块、物联网信息传输模块、云处理计算平台和显示平台；

其中，所述卫星接收天线用于跟踪接收极轨卫星的下行信号并采集其信号强度和信号质量；所述卫星接收天线与所述卫星接收机共同构成独立的卫星接收装置；

所述同步控制模块用于将所述卫星接收天线的伺服机构进行同步，并控制所述卫星接收天线的方位角和仰角；

所述物联网信息传输模块用于将所述卫星接收天线采集的信号强度和信号质量传输至所述云处理计算平台；

所述云处理计算平台用于对采集的多路卫星信号进行时序匹配、预处理和反演计算，得到云场信息；

所述显示平台用于对云场垂直分布进行三维可视化展示。

优选的，所述卫星接收天线包括抛物面天线或平板天线、机械伺服机构、高频头和馈源。

优选的，所述卫星接收天线中的机械伺服机构能够用于根据极轨卫星的星历，实时调整卫星接收天线的方位角和仰角，使若干卫星接收天线同时接收同一颗极轨卫星的信号。

基于地面天线阵列的星地链路层析垂直云场的系统的使用方法，，包括：