多通道微波辐射计

2017-11-17安徽四创电子股份有限公司孙华磊陈晓辉郝立勇程海平

电子世界 2017年21期

安徽四创电子股份有限公司孙华磊陈晓辉郝立勇程海平

多通道微波辐射计

安徽四创电子股份有限公司孙华磊陈晓辉郝立勇程海平

本文介绍了一款被动式地基多通道微波辐射计,该辐射计利用被动的接收各个高度传来的温度辐射的微波信号来测量大气特性.地基微波辐射计可反演得到从地面至10 km 高度的温度、湿度和水汽廓线等大气信息,其观测是准连续的,观测时间步长小于3 min,可以弥补常规探空因观测间隔较长而获取大气信息的不足,有利于分析降水过程对流层快速变化的热力学信息和微尺度及中尺度现象的温度、湿度变化.

地基;多通道;波纹馈电

1 背景与现状

多通道微波辐射计是大气探测的重要手段之一,与地基探空雷达相比,成本低,无电磁污染,与探空气球相比,具有可以进行连续不间断观测的优点,能够实现其覆盖区域内气象要素的不间断观测,可应用于探测大气温度廓线、湿度廓线、水汽、云水含量、降水和大气成分等重要大气参数,在天气预报、大气科学研究领域具有巨大的市场需求.

2 多通道微波辐射计

多通道微波辐射计(以下简称"辐射计")结合当前先进的电子技术,借鉴成熟的被动遥感探测技术,采用多通道反演大气温湿廓线,可以同时K波段和V波段两个频段的辐射信息.

该辐射计开展数据的时空匹配、集成融合、质量互控技术研究,细化云属性分类及相态结构特征,提高反演温湿廓线及云中含水量特性分布的准确性,实现在气象研究、大气探测、航空保障及人工影响天气等领域的应用.

辐射计采用波纹馈电喇叭天线.波纹馈电喇叭的反射损失小,结构紧凑,它可提供一个较宽的带宽、低的交叉极化电平和旋转对称的波束形式.天线覆盖的投影直径250mm,可在各个仰角上进行波束扫描.

多通道辐射计有两个工作频率:

K波段22~32 GHz (含7个直接滤波器通道,反演湿度廓线);

V波段5~59 GHz (含7个直接滤波器通道,反演温度廓线).

辐射计在设计是采用了成熟的可靠性设计、电磁兼容性设计、安全性设计和标准化设计,其平均无故障时间(MTBF)可以达到2500小时.

该产品的接收器设计建立在不使用混频和本地振荡器进行下变频的直接检测技术的基础上,与采用传统的单检测器扫频微波辐射计相比,多通道并行滤波接收器组的特点是更精确、更稳定和更快速.大气辐射分频后分别进入K波段和V波段接收机,两个独立的接受模块(包括RF放大器、滤波器和检波二极管),允许同时测量大气温度和湿度,最大限度减小测量时间.

3 多通道微波辐射计的工作原理

当辐射计的天线主波束指向目标时,天线接收到目标辐射能量,引起天线视在温度的变化.反馈信号被天线接收后、经馈线进入接收分系统天线.接收的信号经过放大、滤波、检波和再放大后,以电压的形式给出.对微波辐射计的输出电压进行温度绝对定标,即建立输出电压与天线视在温度的关系之后,就可确定天线视在温度,也就可以确定所观测目标的亮温度.该温度值就包含了辐射体和传播介质的一些物理信息,通过数字信号处理系统输出数字信号就可以了解被探测目标的一些物理特性.

信号处理输出数据至监控,监控将目标仰角、方位角的数字角度信号与繁衍出的亮温信号进行综合打包,送数据处理系统.监控同时控制伺服驱动完成天线扫描控制.

数据处理系统对数据进行实时处理,以各种扫描方式,实时显示数据信息.并可将数据存储下来.