CN103424736A - 一种用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，包括观测天线单元、定标天线单元、接收单元以及控制与数据处理单元；观测天线单元与定标天线单元所接收到的信号各自传输到接收单元，所述的接收单元将所接收的信号传输到所述的控制与数据处理单元；其中，观测天线单元用于接收海面及大气的微波辐射，包括三个馈源与一个抛物面，所述的三个馈源分别覆盖18.7GHz、23.8GHz、37GHz的频段；三个馈源沿卫星飞行方向排列，且在排列时，频率为37GHz的馈源在中间，其波束方向指向天底点，频率为23.8GHz和18.7GHz的馈源在频率为37GHz的馈源的两边，波束方向在指向天底点的波束两边正负2.5°以内。
Description
技术领域
本发明涉及卫星测量领域，特别涉及一种用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统。
背景技术
在卫星上利用微波信号测量卫星到海面高度，通常是通过向下发射微波信号并测量信号返回时间的方式实现的。微波信号在传输过程中会受到传输路径上大气的影响，影响结果会造成信号在传输路径上产生延时。利用星载微波辐射计对天底点测量大气辐射，可以反演垂直路径上湿对流层的路径延时。作为湿对流层路径延时校正用的微波辐射计，其工作时的频率要包含大气水汽吸收谱线和大气窗通道。其中，利用大气水汽吸收谱线能够测量大气水汽的影响，利用大气窗通道能够测量海洋表面和云的贡献。
现有技术中的微波辐射计有两种类型。一种是在工作时采用三个频率，其中的一个频率对应大气水汽吸收谱线，另外两个频率对应大气窗通道，这三个频率使用同一共馈抛物面观测天线。这种类型的微波辐射计能够在三个频率上测得微波辐射数据，因而可以独立反演得到垂直路径上大气水汽对信号延时的影响。但也存在一定的缺陷，如由于三个频率使用同一共馈抛物面观测天线，因此天线反射面的总体利用率不高，天线增益不够好。另一种类型的微波辐射计在工作时用两个频率，一个频率对应大气水汽吸收谱线，另一个频率对应大气窗通道。这两个频率使用分馈抛物面观测天线，且天线波束沿卫星的运动方向排列。这种类型微波辐射计的天线反射面的总体利用率高，但有云情况下不能独立反演得到垂直路径上大气水汽对信号延时的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的微波辐射计所存在的缺陷，从而提供一种天线反射面的总体利用率高，而且可以独立反演得到垂直路径上大气水汽对信号延时的影响的微波辐射计。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，包括观测天线单元1、定标天线单元2、接收单元3以及控制与数据处理单元4；所述的观测天线单元1与定标天线单元2所接收到的信号各自传输到所述的接收单元3，所述的接收单元3将所接收的信号传输到所述的控制与数据处理单元4；其中，
所述的观测天线单元1用于接收海面及大气的微波辐射，包括三个馈源5与一个抛物面6，所述的三个馈源5分别覆盖18.7GHz、23.8GHz、37GHz的频段；所述三个馈源5沿卫星飞行方向排列，且在排列时，所述频率为37GHz的馈源在中间，其波束方向指向天底点，所述频率为23.8GHz和18.7GHz的馈源在所述频率为37GHz的馈源的两边，波束方向在所述指向天底点的波束两边正负2.5°以内。
上述技术方案中，所述馈源采用铝合金材料实现。
上述技术方案中，所述抛物面6采用碳纤维铝蜂窝夹心反射面实现。
上述技术方案中，所述定标天线单元2用于冷空定标，包括三个定标天线，分别用于接收18.7GHz、23.8GHz、37GHz频段的冷空背景辐射信号。
上述技术方案中，所述定标天线采用铝合金材料制成，为波纹喇叭天线形式，每个频率天线的波束宽度在15°±1°之间。
本发明的优点在于：
本发明的微波辐射计中，三个频率的天线波束沿卫星的运动方向排列，天线反射面的总体利用率高，而且可以独立反演得到垂直路径上大气水汽对信号延时的影响。
附图说明
图1是本发明的星载微波辐射计系统在一个实施例中的结构示意图；
图2是本发明的星载微波辐射计系统中的观测天线单元的侧视图；
图3是本发明的星载微波辐射计系统中的观测天线单元的正视图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
在图1中给出了一个实施例中的本发明的星载微波辐射计系统的结构示意图。该系统包括观测天线单元1、定标天线单元2、接收单元3以及控制与数据处理单元4。其中，所述的观测天线单元1与定标天线单元2所接收到的信号各自传输到所述的接收单元3，所述的接收单元3将所接收的信号传输到所述的控制与数据处理单元4。下面对该系统中的各个单元的功能与结构做进一步描述。
所述的观测天线单元1用于接收海面及大气的微波辐射，如图2和3所示，包括三个馈源5与一个抛物面6，所述的三个馈源5分别覆盖18.7GHz、23.8GHz、37GHz的频段。其中，23.8GHz对应水汽通道，18.7GHz和37GHz对应大气窗通道。所述三个馈源5沿卫星飞行方向排列，且在排列时，频率为37GHz的馈源在中间，其波束方向指向天底点，频率为23.8GHz和18.7GHz的馈源在所述频率为37GHz的馈源的两边，波束方向在所述指向天底点的波束两边±2.5°以内。在本实施例中，所述馈源采用铝合金材料实现。所述抛物面6采用碳纤维铝蜂窝夹心反射面实现。观测天线单元1的波束宽度与卫星的飞行高度有关，使18.7GHz的地面分辨率能够达到20km附近即可。
所述定标天线单元2用于冷空定标，包括三个定标天线，分别用于接收18.7GHz、23.8GHz、37GHz频段的冷空背景辐射信号。在本实施例中，各个定标天线采用铝合金材料制成，其形式为波纹喇叭天线形式，每个频率天线的波束宽度在15°左右。
所述的接收单元3用于将观测天线单元1所接收到的三个频率的接收信号分别在各自的接收机中做下变频、放大、滤波、检波、积分等处理，然后放大到能够被控制与数据处理单元采集的信号幅度。在接收单元3中还包括有测温电路（未在图中示出），该电路具有对系统定义的32路关键测温点的测温功能。该单元包括三路，第一路用于接收频率为18.7GHz的信号，该路包括有第一热定标源、第一定标与观测选择开关与18.7GHz接收机，其中的第一定标与观测选择开关分别连接到第一热定标源、用于接收18.7GHz频段的冷空背景辐射信号的定标天线、18.7GHz的馈源以及18.7GHz接收机；第二路用于接收频率为23.8GHz的信号，该路包括第二热定标源、第二定标与观测选择开关与23.8GHz接收机，其中的第二定标与观测选择开关分别连接到第二热定标源、用于接收23.8GHz频段的冷空背景辐射信号的定标天线、23.8GHz的馈源以及23.8GHz接收机；第三路用于接收频率为37GHz的信号，该路包括第三热定标源、第三定标与观测选择开关与37GHz接收机，其中的第三定标与观测选择开关分别连接到第三热定标源、用于接收37GHz频段的冷空背景辐射信号的定标天线、37GHz的馈源以及37GHz接收机。接收单元3通过对定标与观测选择开关的控制以一定的周期循环观测。首先，所述三个频率的选择开关同时打到定标天线端，接收冷空背景辐射信号；其次，将选择开关同时打到热定标源，接收热定标源辐射信号；最后将选择开关同时打到观测天线，接收观测目标的辐射信号，即完成了一个测量周期。在一个测量周期内，冷空背景和热定标源测量时间很短，取得有效数据即可，绝大部分时间接收观测天线信号。
所述的控制与数据处理单元4由单片机处理系统组成，负责对接收单元3中的接收机所传输的信号的采集、接收机的系统控制以及与外部的卫星系统的通讯等。在单片机的控制下，控制与数据处理单元4通过接收单元3发送数据，并将数据与其它卫星广播数据一起打包通过LVDS接口传给外部的卫星系统，此外还能根据接收单元3中的接收机输出数据的质量调整接收机的工作状态，并且能够通过1553B接口接收来自卫星的信息。
整个系统的工作是以周期形式进行的，一个周期的工作过程是：系统加电后首先对所述的控制与数据处理单元4的硬件进行初始化；初始化后，将所述的接收单元3中三个频率接收机的选择开关打到定标天线端，接收冷空背景辐射；然后将选择开关打到热定标源，接收热定标源辐射信号；最后将选择开关同时打到观测天线，接收观测目标的辐射信号，在观测目标辐射期间，依次采集32路测温信号，在观测目标完成后，将定标数据、观测数据和测温数据打包下传给卫星数管系统，即完成了一个测量周期。再将选择开关打到定标天线端，开始下一周期的测量。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，其特征在于，包括观测天线单元（1）、定标天线单元（2）、接收单元（3）以及控制与数据处理单元（4）；所述的观测天线单元（1）与定标天线单元（2）所接收到的信号各自传输到所述的接收单元（3），所述的接收单元（3）将所接收的信号传输到所述的控制与数据处理单元（4）；其中，
所述的观测天线单元（1）用于接收海面及大气的微波辐射，包括三个馈源（5）与一个抛物面（6），所述的三个馈源（5）分别覆盖18.7GHz、23.8GHz、37GHz的频段；所述三个馈源（5）沿卫星飞行方向排列，且在排列时，所述频率为37GHz的馈源在中间，其波束方向指向天底点，所述频率为23.8GHz和18.7GHz的馈源在所述频率为37GHz的馈源的两边，波束方向在所述指向天底点的波束两边正负2.5°以内。
2.根据权利要求1所述的用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，其特征在于，所述馈源采用铝合金材料实现。
3.根据权利要求1所述的用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，其特征在于，所述抛物面（6）采用碳纤维铝蜂窝夹心反射面实现。
4.根据权利要求1所述的用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，其特征在于，所述定标天线单元（2）用于冷空定标，包括三个定标天线，分别用于接收18.7GHz、23.8GHz、37GHz频段的冷空背景辐射信号。
5.根据权利要求4所述的用于测量大气路径延时的星载微波辐射计系统，其特征在于，所述定标天线采用铝合金材料制成，为波纹喇叭天线形式，每个频率天线的波束宽度在15°±1°之间。
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