- 作者：欒 卉
- 指導教師：趙 凱 研究員 博士生導師
- 申請學位級別：博 士
- 學科專業名稱：地圖學與地理信息系統
- 論文提交日期：2006 年4月
- 論文答辯日期：2006 年6月
摘要
微波輻射計是高增益、高靈敏度的微波遙感儀器，能夠在很強的背景噪聲中提取微 弱的信號變化量。通過接收被測目標自身的微波輻射獲取相應的物理特性，經過有效的 數據反演進行定量分析。微波輻射計已成功地應用于大氣、陸地、海洋遙感，為人類認識、了解其賴以生存的環境提供了有效的手段。 隨著微波遙感的日益廣泛應用和精確制導、探測技術的發展，對微波輻射測量提出了越來越高的要求，其中高靈敏度、高絕對精確度以及良好的長期工作穩定性是考核微 波輻射計性能的三項主要指標。其中輻射計的長期穩定性和精確度問題最為突出和關 鍵。數字增益自動補償微波輻射計通過測量參考基準源相應的輸出量的變化進行增益補 償，保證整機的穩定。戰場的氣象條件對精密打擊敵方起著十分重要的作用，大氣水氣的變化直接影響導 彈制導的精度，為此我軍提出了戰場快速氣象探測雷達系統的需求。
地基雙頻單體共饋源大氣微波輻射計是某國防機場低空氣象雷達探測系統的組成部分之一，主要用于探測 低空大氣的云水總量、水氣密度等物理參數，具有時間分辨率高、快速、經濟的特點。為了解決雙頻單體共饋源大氣微波輻射計的穩定性問題，確保穩定準確測量，采用數字 增益自動補償微波輻射計方案。數字增益自動補償微波輻射計利用系統內部的基準源，不斷修正系統輸出，消除系統增益波動引起的測量不確定量，提高了系統的穩定性。 采用恒定控制溫度的匹配負載作為參考基準源是微波輻射計研制中經常采用的方案。對于氣象探測的需求，需要在環境溫度-20℃－+50℃的范圍內長期工作，并要求具有較高的靈敏度。而恒溫技術很難在這樣寬的環境溫度范圍內達到高精度，且控溫裝置 電流切換會引起脈沖擾動，及機箱環境溫度難以控制。因此數字增益自動補償型微波輻 射計沒有采用恒溫源和控溫方案而采用與機箱具有相同溫度的匹配負載作為參考源，當輻射計長時間處于一個溫度變化的環境中，輻射計測量數據會隨著環境溫度發生變化， 造成與真實數據的偏差，因此需要對測量數據進行修正。
本文根據修正原理推導出溫度變化修正的公式，公式中系數通過實驗統計得出，在 后續測量的數據處理中可以直接應用，簡化了數據處理過程。經實驗證明由推導出的溫 度變化修正公式處理后的數據能夠符合真實數據，達到溫度修正的目的。 文中介紹了地基雙頻單體共饋源大氣探測微波輻射計的系統設計，包括輻射計的組 成、技術指標、硬件設計以及主控程序的設計，對輻射計系統的定標，以及對系統各項 參數的測試：接收機噪聲系數測試、接收機線性度測試、接收帶寬測試、接收機工作頻 率測試以及對地基雙頻單體共饋源大氣探測微波輻射計長期穩定性進行了測量。實驗結 果表明地基雙頻單體共饋源大氣探測微波輻射計具有很好的穩定性，可以實現對大氣的 有效探測。 地基雙頻單體共饋源大氣探測微波輻射計采用了高精度機械加工技術，優化的微波 設計技術，實現了低損耗的雙頻分波，研制出了高水平的雙頻單體共饋源偏置拋物面天 線系統，天線的主波束效率優于92%，副瓣電平≤-25dB，雙頻隔離度大于30dB，3dB 波 束角為2.5°，雙頻波束不對稱度≤10%，波束指向精度優于0.1°。
經過精密調試，微波 輻射計的靈敏度優于0.2K，線性相關系數優于0.9995，測量亮度溫度范圍0～350K，長 期穩定性優于2K（時間長于48 小時），系統不需頻繁定標即能穩定工作。 利用該雙頻微波輻射計開展了大氣探測試驗，證明其各項指標達到了技戰術指標，能夠滿足國防使用的需求。該設備的研制成功在我國屬于首例。
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關鍵詞:
微波輻射計，數字增益自動補償，溫度補償，地基，饋源,大氣探測
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/5849g
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