專利名稱：一種基于地基的大氣廓線微波探測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)裝置及其方法，特別涉及一種基于地基的大氣廓線微波探測儀。
背景技術(shù)：
微波輻射計(jì)是一種被動(dòng)式的微波遙感器，能穿透云層和雨區(qū)，并能穿透一定深度的地表或植被獲取被植被覆蓋的地面信息以及地表下一定深度目標(biāo)的信息，用于全天時(shí)、 全天候地觀測全球大氣溫度和濕度、水汽含量、降雨量等空間氣象資料，以及地質(zhì)與資源調(diào)查、海洋環(huán)境與海況檢測、災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)與檢測等，在大氣探測及海洋觀測中具有重要作用。從大的方面來說，微波輻射計(jì)主要應(yīng)用于大氣微波遙感、海洋微波遙感和陸地微波遙感；以具體內(nèi)容來看，微波輻射計(jì)主要應(yīng)用于氣象、農(nóng)林、地質(zhì)、目前還用于天文、醫(yī)療和導(dǎo)彈的末制導(dǎo)等方面。地基大氣廓線微波輻射計(jì)(地基大氣廓線微波探測儀)作為微波輻射計(jì)的一種， 與其他類型相比，具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕和工作穩(wěn)定，維護(hù)成本低，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)， 是一種成熟可靠的探測大氣溫度、濕度廓線的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)手段。優(yōu)點(diǎn)其一是彌補(bǔ)了星載微波輻射計(jì)在低空垂直分辨率差，尤其是云的遮擋和強(qiáng)吸收以及大氣對毫米波波段電磁的不透明性。優(yōu)點(diǎn)其二是對云中液態(tài)水的靈敏度較高，在陸地上空，是目前最準(zhǔn)確成本最低的垂直液態(tài)水通量測量的手段。地基大氣廓線微波探測儀將作為一種業(yè)務(wù)運(yùn)行觀測設(shè)備使用，地域?qū)拸V，環(huán)境條件千差萬別，長壽命可靠運(yùn)行、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)是關(guān)鍵的使用要求。傳統(tǒng)的單通道超外差微波輻射計(jì)由接收機(jī)，射頻放大、混頻器、本振、帶通濾波器、 平方律檢波器、積分器等組成。天線接收到的目標(biāo)經(jīng)過混頻下變換，經(jīng)過中頻放大后進(jìn)行檢波，再經(jīng)過視頻放大器積分后進(jìn)行量化處理。利用單一射頻及中頻信道實(shí)現(xiàn)多通道探測，那么本振信號不能是單一頻率的連續(xù)波信號，必須使用頻綜器，利用頻率跳變信號作為本振。在這種體制中，探測通道的數(shù)目可以根據(jù)需要增加或減少，取決于頻率跳變的間隔。這種體制信道單一，射頻及中頻接收通道組成簡單，但由于增加了頻綜器實(shí)現(xiàn)頻率跳變，接收機(jī)硬件復(fù)雜度及開銷并沒有實(shí)質(zhì)性降低，而且系統(tǒng)控制邏輯比較復(fù)雜。另外，這種體制的通道帶寬在每個(gè)探測頻點(diǎn)上保持一致。圖3是現(xiàn)有的基于地基大氣廓線微波探測儀的超外差混頻接收機(jī)示意圖，噪聲注入模塊集成在接收機(jī)單元中，但按照其功能作用劃分屬于內(nèi)定標(biāo)單元的一部分，單通道超外差微波輻射計(jì)由接收機(jī)，射頻放大、混頻器、本振、帶通濾波器、平方律檢波器、積分器等組成。天線接收到的目標(biāo)經(jīng)過混頻下變換，經(jīng)過中頻放大后進(jìn)行檢波，再經(jīng)過視頻放大器積分后進(jìn)行量化處理。當(dāng)利用單一射頻及中頻信道實(shí)現(xiàn)多通道探測，此時(shí)本振信號不能是單一頻率的連續(xù)波信號，必須使用頻綜器，利用頻率跳變信號作為本振。在這種體制中，探測通道的數(shù)目可以根據(jù)需要增加或減少，取決于頻率跳變的間隔。這種體制信道單一，射頻及中頻接收通道組成簡單，但由于增加了頻綜器實(shí)現(xiàn)頻率跳變，接收機(jī)硬件復(fù)雜度及開銷并沒有實(shí)質(zhì)性降低，而且系統(tǒng)控制邏輯比較復(fù)雜。另外，這種體制的通道帶寬在每個(gè)探測頻點(diǎn)
上保持一致。目前處于國際先進(jìn)水平的射頻直接檢波體制，主要由定向耦合器、射頻放大、功分器、帶通濾波器、平方律檢波器、積分器和視頻放大器組成。天線接收到的目標(biāo)信號不經(jīng)過混頻處理，經(jīng)過放大后利用功分器分成若干個(gè)射頻子通道，在每個(gè)子通道中利用帶通濾波器的頻率選擇性固定其探測通道的頻率，根據(jù)需要每個(gè)通道的帶寬可以不一致。采用這種接收機(jī)體制，各通道同時(shí)觀測，提高了觀測效率。但由于器件水平和技術(shù)水平的限制，在國內(nèi)還不能普遍使用。在結(jié)構(gòu)配置方面，Radiometrics公司的MP30000A采用的是雙頻共用反射面的方式，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的橫向體積較小，但如果考慮到增加一個(gè)極化分離柵網(wǎng)后需要一定的安裝空間等要求，實(shí)際橫向尺寸縮小的程度有限，而且在高度方向上尺寸會增加。同時(shí)，雙頻公用反射面所需的極化柵網(wǎng)會帶來如下問題加工難度大，而且導(dǎo)致成本增加；極化柵網(wǎng)會引入系統(tǒng)損耗，不利于提高系統(tǒng)靈敏度；由于兩個(gè)頻段頻率跨度較大，天線反射面勢必要兼顧頻率高低端，導(dǎo)致天饋系統(tǒng)指標(biāo)下降，不利于提高系統(tǒng)精度；天線罩、定標(biāo)黑體性能要兼顧兩個(gè)波段，參數(shù)指標(biāo)受限?，F(xiàn)有的基于地基大氣廓線微波探測儀的天饋系統(tǒng)雙頻共用反射面配置示意圖，它具有橫向尺寸小，縱向尺寸大的特點(diǎn)，要兼顧雙頻要求低副瓣實(shí)現(xiàn)難度大，需采用極化分離柵網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙頻觀測，增加一定的損耗，雙頻共用定標(biāo)黑體，對黑體性能要求較高，要兼顧雙頻性能，要求使用工作頻段寬的天線罩，此時(shí)透波損耗較大，采用此配置方式系統(tǒng)擴(kuò)展性差，不能進(jìn)行多極化測量擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服上述多通道地基微波輻射計(jì)系統(tǒng)裝置在天饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輻射計(jì)接收機(jī)，掃描模式以及現(xiàn)有的超外差混頻接收機(jī)等方面存在的問題，從而提供一種基于地基的大氣廓線微波探測儀。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于地基的大氣廓線微波探測儀，包括雙頻獨(dú)立反射面天饋系統(tǒng)部分，中頻功分直接檢波接收機(jī)部分，掃描工作模式和數(shù)字單元部分。本發(fā)明提供一種基于地基的大氣廓線微波探測儀，該探測儀包括天饋單元、定標(biāo)單元、輻射計(jì)接收機(jī)單元、掃描機(jī)構(gòu)單元和數(shù)字單元，其特征在于兩個(gè)波段的天饋系統(tǒng)各自獨(dú)立，由掃描機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)反射面圓周掃描，兩個(gè)波段的接收機(jī)位于掃描機(jī)構(gòu)兩側(cè)；所述天饋單元，包括針對兩個(gè)波段的獨(dú)立的天饋?zhàn)訂卧也捎秒p頻獨(dú)立反射面， 所述的兩個(gè)獨(dú)立的天線反射面分別安裝在掃描電機(jī)輸出軸兩端，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)波束掃描，用于接收大氣及內(nèi)校準(zhǔn)參考源的微波輻射；所述的輻射計(jì)接收單元，包含針對兩個(gè)接收波段的輻射計(jì)接收單元，該輻射計(jì)接收單元采用中頻功分直接檢波型輻射計(jì)接收機(jī)單元，具體包含定向耦合器、射頻放大、 功分器、帶通濾波器、平方律檢波器、積分器和視頻放大器，用于實(shí)現(xiàn)對接收信號的中頻檢波；所述掃描機(jī)構(gòu)單元，包括掃描軸、掃描步進(jìn)電機(jī)、兩個(gè)前端和SMA連接器，其中所述的掃描軸在掃描電機(jī)得驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述的兩個(gè)反射面圓周掃描，且所述的掃描機(jī)構(gòu)單元的驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過齒輪減速傳遞驅(qū)動(dòng)，用于驅(qū)動(dòng)天線實(shí)現(xiàn)對天空不同入射角的觀測和內(nèi)定標(biāo)黑體進(jìn)行測量，獲取測量和周期內(nèi)定標(biāo)單元獲得的數(shù)據(jù)。作為本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)，所述的天饋單元還包含一饋源和一天線罩；所述的雙頻獨(dú)立反射面，均采用90°偏置拋物反射面，分別用于反射K波段和V波段電磁波；所述的饋源采用圓錐波紋喇叭，該喇叭饋源與接收機(jī)射頻前端集成為一體；所述的天線罩安裝在結(jié)構(gòu)支架上，用于將所述的探測儀的內(nèi)部與外部環(huán)境隔離。所述的K波段的拋物反射面的口徑尺寸為0. 2m，對應(yīng)于5°的半功率波束寬度；所述的V波段的拋物反射面的口徑尺寸為 0. 15m，對應(yīng)于2. 5°的半功率波束寬度。上述技術(shù)方案，所述的中頻功分直接檢波型輻射計(jì)接收機(jī)單元，包含混頻放大子單元，用于將天線接收到的目標(biāo)信號經(jīng)過固定本振進(jìn)行混頻和放大處理；功分器子單元，用于將混頻放大后得信號分成若干個(gè)中頻子通道；帶通濾波器子模塊， 用于將在每個(gè)中頻子通道中利用帶通濾波器固定探測通道的頻率，每個(gè)探測通道的帶寬可根據(jù)需要自由選擇。上述技術(shù)方案，所述的掃描機(jī)構(gòu)單元，采用垂直平面內(nèi)的360°圓周掃描方式且所述的掃描方式具體包含三種連續(xù)勻速掃描方式、步進(jìn)角度掃描方式和固定角度觀測方式， 用于使天線波束依次指向不同的角和定標(biāo)黑體完成測量數(shù)據(jù)和黑體定標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取。所述的數(shù)字單元，包括時(shí)序信號產(chǎn)生子單元、數(shù)據(jù)采集與處理子單元和數(shù)據(jù)接口子單元；所述得時(shí)序信號產(chǎn)生子單元，用于產(chǎn)生系統(tǒng)工作的時(shí)序信號、實(shí)現(xiàn)測量/定標(biāo)切換和接收機(jī)的掃描時(shí)序；所述得數(shù)據(jù)采集與處理子單元，用于實(shí)現(xiàn)對探測數(shù)據(jù)、定標(biāo)數(shù)據(jù)以及輔助探測數(shù)據(jù)的采集量化，采集掃描角度信息，控制掃描機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)該子單元還產(chǎn)生系統(tǒng)溫控所需的控制信號，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)機(jī)箱的溫度控制和對定標(biāo)黑體溫度梯度的控制；所述的數(shù)據(jù)接口模塊，用于實(shí)現(xiàn)對測量所獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)、工程參數(shù)進(jìn)行格式編排、打包處理，形成滿足格式要求的數(shù)據(jù)包，發(fā)送至主控計(jì)算機(jī)。其中，所述的數(shù)據(jù)采集與處理子單元采用CPU完成數(shù)據(jù)采集與處理；所述的時(shí)序信號產(chǎn)生子單元采用FPGA產(chǎn)生所需要的工作時(shí)序。所述內(nèi)定標(biāo)裝置包括噪聲注入模塊和系統(tǒng)內(nèi)置定標(biāo)黑體兩部分。通過對高低溫兩點(diǎn)定標(biāo)，確定系統(tǒng)的定標(biāo)方程，從而反演出微波輻射計(jì)的觀測亮溫。地基大氣廓線微波探測儀的系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)在K波段和V波段采用獨(dú)立的天饋系統(tǒng)，此雙頻獨(dú)立反射面的方案優(yōu)點(diǎn)在于可以對每個(gè)頻率的天線進(jìn)行獨(dú)立的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，也可以盡量減小天線的軸向(橫向)尺寸，在一定程度上彌補(bǔ)由于增加一個(gè)天線所帶來的體積的增加。同時(shí)避免了采用雙頻共用反射面所需的極化柵網(wǎng)帶來的如下問題(1)加工難度大，而且會導(dǎo)致成本增加；(2)化柵網(wǎng)會引入系統(tǒng)損耗，不利于提高系統(tǒng)靈敏度；(3)由于兩個(gè)頻段頻率跨度較大，天線反射面勢必要兼顧頻率高低端，導(dǎo)致天饋系統(tǒng)指標(biāo)下降，不利于提高系統(tǒng)精度；(4)天線罩、定標(biāo)黑體性能要兼顧兩個(gè)波段，參數(shù)指標(biāo)受限。為了滿足寬頻帶、圓對稱特性，以及高輻射效率、高極化純度和低旁瓣電平的需要，天饋系統(tǒng)采用90°偏置拋物面反射器和圓錐波紋喇叭作饋源的實(shí)現(xiàn)形式。天線反射面安裝在掃描電機(jī)輸出軸上，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)波束掃描；天線饋源采用寬頻帶、高級化純度
6的喇叭饋源，饋源與接收機(jī)射頻前端集成為一體；天線罩安裝在結(jié)構(gòu)支架上，在兩個(gè)探測波段上達(dá)到0. IdB損耗的透波要求。拋物面天線的投影口徑上的電場幅度盡量呈對稱分布，以保證天線主波束方向性的對稱。饋源設(shè)計(jì)是掃描偏饋拋物面天線設(shè)計(jì)中最重要的部分，需要解決的主要問題是波束寬度及相位中心在工作頻帶內(nèi)變化小，并且具有圓對稱的方向圖特性，以使得拋物面投影口徑基本成圓形。K波段天線的口徑尺寸為0.2m，對應(yīng)于5°的半功率波束寬度；V波段天線的口徑尺寸為0. 15m，對應(yīng)于2. 5°的半功率波束寬度；兩個(gè)波段的波束寬度在沿跡和橫跡方向均不大于5°和2.5°。仿真設(shè)計(jì)中要求饋源方向圖的E和H面等化，以滿足天線的旋轉(zhuǎn)對稱特點(diǎn)，并使天線盡可能得到較高的主波束效率和較低的交叉極化電平。所述中頻功分直接檢波接收機(jī)是多通道地基大氣廓線微波探測儀的核心組成部分，是本發(fā)明的又一改進(jìn)，其功能是將天饋系統(tǒng)接收到的目標(biāo)(來自大氣或定標(biāo)黑體)輻射信號，轉(zhuǎn)換為低頻信號并進(jìn)行量化，再經(jīng)定標(biāo)過程將量化信號轉(zhuǎn)換為目標(biāo)的亮度溫度。因此，接收機(jī)的性能水平的高低決定了探測儀系統(tǒng)的性能。 地基大氣廓線微波探測儀，選取K波段水汽吸收線探測大氣水汽廓線，選取V波段氧氣吸收線探測大氣溫度廓線。根據(jù)吸收線波譜特性，接收機(jī)均采用單邊帶(SSB)工作體制。早期的微波輻射計(jì)當(dāng)中，接收機(jī)基本采用傳統(tǒng)的超外差體制，將射頻信號變換到中頻進(jìn)行處理。隨著微波器件技術(shù)水平的不斷提高，目前微波輻射計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在射頻頻段直接檢波的方式。歐美等技術(shù)發(fā)達(dá)國家直接檢波型微波輻射計(jì)最高頻率已經(jīng)達(dá)到 150GHz。但是，由于我國器件水平和技術(shù)水平的限制，射頻檢波還不能普遍采用。本裝置輻射計(jì)接收機(jī)采用中頻功分直接檢波式接收機(jī)，主要由固定本振，混頻器， 定向耦合器、射頻放大、功分器、帶通濾波器、平方律檢波器、積分器和視頻放大器組成。天線接收到的目標(biāo)信號經(jīng)過固定本振混頻處理，再經(jīng)過放大后利用功分器分成若干個(gè)中頻子通道，在每個(gè)子通道中利用帶通濾波器的頻率選擇性固定其探測通道的頻率，根據(jù)需要每個(gè)通道的帶寬可以不一致。在這種體制中，探測通道的多少取決于功分網(wǎng)絡(luò)，但探測通道數(shù)過多，會造成探測儀接收機(jī)硬件開銷大。與超外差體制相比，由于不需要控制本振頻率的變化，因此不需要增加頻綜器，只需要固定頻率的本振，系統(tǒng)的控制邏輯簡單。所述掃描機(jī)構(gòu)單元，掃描機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)天線實(shí)現(xiàn)對天空不同入射角的觀測和對內(nèi)置定標(biāo)黑體的測量，獲取測量和周期內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一種基于地基的大氣廓線微波探測儀包括天饋系統(tǒng)，輻射計(jì)接收機(jī)，掃描機(jī)構(gòu)單元，內(nèi)定標(biāo)單元，數(shù)字單元。本發(fā)明在系統(tǒng)配置上，兩個(gè)波段的天饋系統(tǒng)各自獨(dú)立， 由掃描機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)反射面圓周掃描，兩個(gè)波段的接收機(jī)也位于掃描機(jī)構(gòu)兩側(cè)。接收機(jī)通過比較超外差混頻和射頻直接檢波兩種形式，采用中頻功分直接檢波方式。在數(shù)字單元的控制下，掃描機(jī)構(gòu)帶動(dòng)天線完成周期性的大氣觀測和定標(biāo)；噪聲源和吸收體為探測儀系統(tǒng)的內(nèi)定標(biāo)提供了穩(wěn)定的高溫和環(huán)境溫度的參考源。天饋系統(tǒng)接收大氣及內(nèi)校準(zhǔn)參考源的微波輻射，接收機(jī)單元將射頻信號放大并完成射頻至中頻的頻率變換，信號經(jīng)再放大、檢波及積分后，輸出至數(shù)字單元進(jìn)行量化及數(shù)據(jù)處理。數(shù)字單元對信號進(jìn)行采集、量化處理；產(chǎn)生系統(tǒng)工作時(shí)序及掃描時(shí)序；控制頻綜器的頻率跳變產(chǎn)生接收機(jī)所需的本振信號，使用單一接收機(jī)信道實(shí)現(xiàn)多通道大氣探測；采集掃描機(jī)構(gòu)角度信息，控制掃描機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)；對探測數(shù)據(jù)及輔助探測數(shù)據(jù)進(jìn)行格式編排、打包，與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通訊。本發(fā)明的多通道地基大氣廓線微波探測儀的系統(tǒng)控制裝置及控制方法，能夠提高系統(tǒng)的靈敏度和系統(tǒng)精度，提高觀測效率，減小裝置的重量和體積，從而提高地基大氣廓線微波探測儀的探測精度，更準(zhǔn)確的探測大氣溫度廓線，濕度廓線，水汽含量，云液水含量等等。本發(fā)明的天饋系統(tǒng)雙頻獨(dú)立反射面配置示意圖，它具有橫向尺寸大，縱向尺寸小的特點(diǎn)，天線雙頻獨(dú)立設(shè)計(jì)，低副瓣要求易實(shí)現(xiàn)，不需要極化分離柵網(wǎng)進(jìn)行頻率分離，雙頻采用獨(dú)立的定標(biāo)黑體，提高了定標(biāo)精度。天線罩工作頻段窄，透波損耗小，采用此配置方案有很好的系統(tǒng)可擴(kuò)展性，可實(shí)現(xiàn)多極測量；直接檢波接收機(jī)采用寬帶中頻接收機(jī)，利用濾波器組實(shí)現(xiàn)多通道探測，控制邏輯簡單，與超外差接收機(jī)相比，最大優(yōu)點(diǎn)是各通道同時(shí)觀測， 積分時(shí)間長觀測效率高，有利于提高系統(tǒng)探測精度。與超外差體制相比，直接檢波接收機(jī)由于不需要控制本振頻率的變化，因此不需要增加頻綜器，系統(tǒng)的控制邏輯簡單。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用天饋系統(tǒng)雙頻獨(dú)立反射面，中頻功分直接檢波接收機(jī)和多方式掃描部分的設(shè)備裝置。運(yùn)用本發(fā)明的裝置和控制方法能夠有效提高系統(tǒng)的靈敏度和系統(tǒng)精度，提高觀測效率，減小裝置的重量和體積。從而提高地基大氣廓線微波探測儀的探測精度，更準(zhǔn)確的探測大氣溫度廓線，濕度廓線，水汽含量，云液水含量等等。


圖1地基大氣廓線微波探測儀電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的雙頻獨(dú)立反射面天饋系統(tǒng)配置示意圖；圖3是現(xiàn)有的超外差混頻接收機(jī)示意圖；圖4是本發(fā)明的直接檢波接收機(jī)示意圖；圖5本發(fā)明的系統(tǒng)掃描工作模式示意圖；圖6本發(fā)明的掃描機(jī)構(gòu)示意圖；圖7本發(fā)明的數(shù)字單元原理組成框圖；圖8本發(fā)明的地基大氣廓線微波探測儀信息流程圖。附圖標(biāo)志1、基板2、掃描電機(jī) 3、掃描軸4、反射面5、前端 6、SMA連接器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對本發(fā)明的一種多通道地基大氣廓線微波探系統(tǒng)裝置及其控制方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。天饋單元采用偏置拋物面天線，天線的熱損耗對測量影響很小，并且_30dB的旁邊電平也可以實(shí)現(xiàn)，從而當(dāng)天線副瓣掠過太陽時(shí)，太陽輻射對測量亮溫的影響將小于0. 2K。表1是多通道地基大氣廓線微波探測儀天饋系統(tǒng)指標(biāo)表1探測儀天饋系統(tǒng)指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種基于地基的大氣廓線微波探測儀，該探測儀包括天饋單元、定標(biāo)單元、輻射計(jì)接收機(jī)單元、掃描機(jī)構(gòu)單元和數(shù)字單元，其特征在于所述天饋單元，包括針對兩個(gè)波段的獨(dú)立的天饋?zhàn)訂卧也捎秒p頻獨(dú)立反射面，所述的兩個(gè)獨(dú)立的天線反射面分別安裝在掃描電機(jī)輸出軸兩端，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)波束掃描， 用于接收大氣及內(nèi)校準(zhǔn)參考源的微波輻射；所述的輻射計(jì)接收單元，包含針對兩個(gè)接收波段的輻射計(jì)接收單元，該輻射計(jì)接收單元采用中頻功分直接檢波型輻射計(jì)接收機(jī)單元，具體包含定向耦合器、射頻放大、功分器、 帶通濾波器、平方律檢波器、積分器和視頻放大器，用于實(shí)現(xiàn)對接收信號的中頻檢波；所述掃描機(jī)構(gòu)單元，包括掃描軸、掃描步進(jìn)電機(jī)、兩個(gè)前端和SMA連接器，其中所述的掃描軸在掃描電機(jī)得驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述的兩個(gè)反射面圓周掃描，且所述的掃描機(jī)構(gòu)單元的驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過齒輪減速傳遞驅(qū)動(dòng)，用于驅(qū)動(dòng)天線實(shí)現(xiàn)對天空不同入射角的觀測和內(nèi)定標(biāo)黑體進(jìn)行測量，獲取測量和周期內(nèi)定標(biāo)單元獲得的數(shù)據(jù)；其中，所述的兩個(gè)波段的天饋單元各自獨(dú)立，由掃描機(jī)構(gòu)帶動(dòng)兩個(gè)反射面圓周掃描，兩個(gè)波段的輻射計(jì)接收單元位于掃描機(jī)構(gòu)兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基大氣廓線微波探測儀裝置，其特征在于，所述的天饋單元還包含一饋源和一天線罩；所述的雙頻獨(dú)立反射面，均采用90°偏置拋物反射面，分別用于反射K波段和V波段電磁波；所述的饋源采用圓錐波紋喇叭，該喇叭饋源與接收機(jī)射頻前端集成為一體；所述的天線罩安裝在結(jié)構(gòu)支架上，用于將所述的探測儀的內(nèi)部與外部環(huán)境隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于地基大氣廓線微波探測儀裝置，其特征在于，所述的K波段的拋物反射面的口徑尺寸為O.aii，對應(yīng)于5°的半功率波束寬度；所述的V波段的拋物反射面的口徑尺寸為0. 15m，對應(yīng)于2. 5°的半功率波束寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基大氣廓線微波探測儀裝置，其特征在于，所述的中頻功分直接檢波型輻射計(jì)接收機(jī)單元，包含混頻放大子單元，用于將天線接收到的目標(biāo)信號經(jīng)過固定本振進(jìn)行混頻和放大處理；功分器子單元，用于將混頻放大后得信號分成若干個(gè)中頻子通道；帶通濾波器子模塊，用于將在每個(gè)中頻子通道中利用帶通濾波器固定探測通道的頻率，每個(gè)探測通道的帶寬可根據(jù)需要自由選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基大氣廓線微波探測儀裝置，其特征在于，所述的掃描機(jī)構(gòu)單元，采用垂直平面內(nèi)的360°圓周掃描方式且所述的掃描方式具體包含三種連續(xù)勻速掃描方式、步進(jìn)角度掃描方式和固定角度觀測方式，用于使天線波束依次指向不同的角和定標(biāo)黑體完成測量數(shù)據(jù)和黑體定標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基大氣廓線微波的探測儀裝置，其特征在于，所述的數(shù)字單元，包括時(shí)序信號產(chǎn)生子單元、數(shù)據(jù)采集與處理子單元和數(shù)據(jù)接口子單元；所述得時(shí)序信號產(chǎn)生子單元，用于產(chǎn)生系統(tǒng)工作的時(shí)序信號、實(shí)現(xiàn)測量/定標(biāo)切換和接收機(jī)的掃描時(shí)序；所述得數(shù)據(jù)采集與處理子單元，用于實(shí)現(xiàn)對探測數(shù)據(jù)、定標(biāo)數(shù)據(jù)以及輔助探測數(shù)據(jù)的采集量化，采集掃描角度信息，控制掃描機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)該子單元還產(chǎn)生系統(tǒng)溫控所需的控制信號，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)機(jī)箱的溫度控制和對定標(biāo)黑體溫度梯度的控制；所述的數(shù)據(jù)接口模塊，用于實(shí)現(xiàn)對測量所獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)、工程參數(shù)進(jìn)行格式編排、打包處理，形成滿足格式要求的數(shù)據(jù)包，發(fā)送至主控計(jì)算機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于地基大氣廓線微波的探測儀，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集與處理子單元采用CPU完成數(shù)據(jù)采集與處理；所述的時(shí)序信號產(chǎn)生子單元采用FPGA產(chǎn)生所需要的工作時(shí)序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于地基的大氣廓線微波探測儀，其特征在于所述天饋單元，包括針對兩個(gè)波段的獨(dú)立的天饋?zhàn)訂卧也捎秒p頻獨(dú)立反射面，所述的兩個(gè)獨(dú)立的天線反射面分別安裝在掃描電機(jī)輸出軸兩端，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)波束掃描，用于接收大氣及內(nèi)校準(zhǔn)參考源的微波輻射；所述的輻射計(jì)接收單元，具體包含定向耦合器、射頻放大、功分器、帶通濾波器、平方律檢波器、積分器和視頻放大器，用于實(shí)現(xiàn)對接收信號的中頻檢波；所述掃描機(jī)構(gòu)單元，包括掃描軸、掃描步進(jìn)電機(jī)、兩個(gè)前端和SMA連接器，其中所述的掃描軸在掃描電機(jī)得驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述的兩個(gè)反射面圓周掃描實(shí)現(xiàn)對天空不同入射角的觀測和內(nèi)定標(biāo)黑體進(jìn)行測量，獲取測量和周期內(nèi)定標(biāo)單元獲得的數(shù)據(jù)。
文檔編號G01S13/95GK102243304SQ20101017816
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者何杰穎, 劉和光, 孫波, 張升偉, 董曉龍 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心