地基双频单体共馈源大气探测微波辐射计

地基双频单体共馈源大气探测微波辐射计

2015-02-06 作者: giser 浏览: 3182 次

摘要: 作者:栾 卉 指导教师:赵 凯 研究员 博士生导师 申请学位级别:博 士 学科专业名称:地图学与地理信息系统 论文提交日期:2006 年4月 论文答辩日期:2006 年6月 摘要 微波辐射计是高增益、高灵敏度的微波遥感仪器,能够在很强的背景噪声...

  • 作者:栾 卉
  • 指导教师:赵 凯 研究员 博士生导师
  • 申请学位级别:博 士
  • 学科专业名称:地图学与地理信息系统
  • 论文提交日期:2006 年4月
  • 论文答辩日期:2006 年6月

摘要

微波辐射计是高增益、高灵敏度的微波遥感仪器,能够在很强的背景噪声中提取微 弱的信号变化量。通过接收被测目标自身的微波辐射获取相应的物理特性,经过有效的 数据反演进行定量分析。微波辐射计已成功地应用于大气、陆地、海洋遥感,为人类认识、了解其赖以生存的环境提供了有效的手段。 随着微波遥感的日益广泛应用和精确制导、探测技术的发展,对微波辐射测量提出了越来越高的要求,其中高灵敏度、高绝对精确度以及良好的长期工作稳定性是考核微 波辐射计性能的三项主要指标。其中辐射计的长期稳定性和精确度问题最为突出和关 键。数字增益自动补偿微波辐射计通过测量参考基准源相应的输出量的变化进行增益补 偿,保证整机的稳定。战场的气象条件对精密打击敌方起着十分重要的作用,大气水气的变化直接影响导 弹制导的精度,为此我军提出了战场快速气象探测雷达系统的需求。

地基双频单体共馈源大气微波辐射计是某国防机场低空气象雷达探测系统的组成部分之一,主要用于探测 低空大气的云水总量、水气密度等物理参数,具有时间分辨率高、快速、经济的特点。为了解决双频单体共馈源大气微波辐射计的稳定性问题,确保稳定准确测量,采用数字 增益自动补偿微波辐射计方案。数字增益自动补偿微波辐射计利用系统内部的基准源,不断修正系统输出,消除系统增益波动引起的测量不确定量,提高了系统的稳定性。 采用恒定控制温度的匹配负载作为参考基准源是微波辐射计研制中经常采用的方案。对于气象探测的需求,需要在环境温度-20℃-+50℃的范围内长期工作,并要求具有较高的灵敏度。而恒温技术很难在这样宽的环境温度范围内达到高精度,且控温装置 电流切换会引起脉冲扰动,及机箱环境温度难以控制。因此数字增益自动补偿型微波辐 射计没有采用恒温源和控温方案而采用与机箱具有相同温度的匹配负载作为参考源,当辐射计长时间处于一个温度变化的环境中,辐射计测量数据会随着环境温度发生变化, 造成与真实数据的偏差,因此需要对测量数据进行修正。

本文根据修正原理推导出温度变化修正的公式,公式中系数通过实验统计得出,在 后续测量的数据处理中可以直接应用,简化了数据处理过程。经实验证明由推导出的温 度变化修正公式处理后的数据能够符合真实数据,达到温度修正的目的。 文中介绍了地基双频单体共馈源大气探测微波辐射计的系统设计,包括辐射计的组 成、技术指标、硬件设计以及主控程序的设计,对辐射计系统的定标,以及对系统各项 参数的测试:接收机噪声系数测试、接收机线性度测试、接收带宽测试、接收机工作频 率测试以及对地基双频单体共馈源大气探测微波辐射计长期稳定性进行了测量。实验结 果表明地基双频单体共馈源大气探测微波辐射计具有很好的稳定性,可以实现对大气的 有效探测。 地基双频单体共馈源大气探测微波辐射计采用了高精度机械加工技术,优化的微波 设计技术,实现了低损耗的双频分波,研制出了高水平的双频单体共馈源偏置抛物面天 线系统,天线的主波束效率优于92%,副瓣电平≤-25dB,双频隔离度大于30dB,3dB 波 束角为2.5°,双频波束不对称度≤10%,波束指向精度优于0.1°。

经过精密调试,微波 辐射计的灵敏度优于0.2K,线性相关系数优于0.9995,测量亮度温度范围0∼350K,长 期稳定性优于2K(时间长于48 小时),系统不需频繁定标即能稳定工作。 利用该双频微波辐射计开展了大气探测试验,证明其各项指标达到了技战术指标,能够满足国防使用的需求。该设备的研制成功在我国属于首例。

关键词:

微波辐射计,数字增益自动补偿,温度补偿,地基,馈源,大气探测

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