CN113126096B - 一种星载高光谱多功能微波大气探测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波遥感探测设备技术领域，具体地说，涉及一种星载高光谱多功能微波大气探测仪，其包括：天线与接收机单元、数控单元和供配电单元；所述天线与接收机单元包括：若干个与每个双工器输出端并联的接收机，用于接收与其频率相匹配的电磁波信号，并进行极化和频率分离，对每个分离的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，将每个处理后的信号输入至数控单元；所述数控单元，用于根据接收的处理后的信号进行量化与数据管理，控制大气探测仪的工作状态，并与卫星平台进行通讯；所述供配电单元，用于完成一次电源至二次电源的变换，提供正常工作的电源。

Description

一种星载高光谱多功能微波大气探测仪
技术领域
本发明属于微波遥感探测设备技术领域，具体地说，涉及一种星载高光谱多功能微波大气探测仪。
背景技术
微波探测仪是气象和灾害监测的重要遥感手段之一。它可以全天时、全天候观测大气降水、温度和湿度的垂直分布、水汽含量，以及暴雨和热带气旋等其它全球性空间气象资料，从而实现中长期数值天气预报，提高天气预报的准确性，并为全球气候变化研究提供科学数据。
大气温度和湿度廓线作为重要的气象参数，目前主要通过星载或地基微波大气温湿度廓线探测仪进行探测；通过获取探测大气的亮温信息，从而测量大气的温度与湿度。该探测仪能全天候获取全球大气垂直温度和湿度廓线，获取与台风、暴雨等强对流天气现象密切相关的云雨大气参数，为数值天气预报提供大气温度与湿度初始场信息。
目前，国内外的星载微波大气温度和湿度探测仪主要采用旋转抛物面天线的形式，抛物面天线与馈源之间相对位置不固定，系统在工作过程中，抛物面与馈源之间的匹配性会发生变化，从而导致天馈系统驻波比发生变化使输出产生波动现象。同时，传统的星载微波大气温度和湿度探测仪还存在频谱分辨率低，探测通道数量少，无法改善大气温湿度探测的垂直分辨率，无法实现对大气参数的精细化探测。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种星载高光谱多功能微波大气探测仪，其包括：天线与接收机单元、数控单元和供配电单元；
所述天线与接收机单元包括：若干个与每个双工器输出端并联的接收机，用于接收与其频率相匹配的电磁波信号，并进行极化和频率分离，对每个分离的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述数控单元，用于根据接收的处理后的信号进行量化与数据管理，控制大气探测仪的工作状态，并与卫星平台进行通讯；
所述供配电单元，用于完成一次电源至二次电源的变换，提供正常工作的电源。
作为上述技术方案的改进之一，所述天线与接收机单元包括：天线单元、低频接收单元、中频接收单元、第一高频接收单元、第二高频接收单元；
所述天线单元，用于利用平板天线，采用周期性扫描方式，周期性地进行对地观测和冷热源定标体；将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，再由抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为22.235GHz、31.4GHz、50-60GHz、89GHz、118GHz、166GHz和183GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，并分别输入至对应的接收单元；
所述低频接收单元，用于对接收频率为22.235GHz和31.4GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述中频接收单元，用于对接收频率为50-60GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述第一高频接收单元，用于对接收频率为89GHz和118GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述第二高频接收单元，用于对接收频率为166GHz和183GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元。
作为上述技术方案的改进之一，所述天线单元包括：两个平板天线、两个抛物面天线、两个定标体、两个栅网、四个馈源、定标源、扫描机构和驱动控制模块；
驱动控制模块与扫描机构电性连接，在驱动控制模块的控制下，扫描机构驱动一侧的低频平板天线进行周期性扫描，周期性地进行对地观测和冷热源定标体；该侧的低频平板天线将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，再由抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为22.235GHz、31.4GHz和50-60GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，再经过对应馈源，对应地馈入第一宽带双工器和对应的射频接收机；
扫描机构驱动另一侧的平板天线进行周期性扫描，周期性地进行对地观测、冷空观测和热定标体观测；该另一侧的平板天线将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为89GHz、118GHz、166GHz和183GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，再经过对应馈源，对应地馈入第二宽带双工器和第三宽带双工器。
作为上述技术方案的改进之一，所述低频接收单元包括：第一宽带双工器、22.235GHz射频接收机、31.4GHz射频接收机、22.235GHz中低频接收机和31.4GHz中低频接收机；
频率为22.235GHz、31.4GHz的射频信号馈入第一宽带双工器后，再分别对应的馈入22.235GHz射频接收机和31.4GHz射频接收机，且22.235GHz射频接收机接入22.235GHz中低频接收机，31.4GHz射频接收机接入31.4GHz中低频接收机。
作为上述技术方案的改进之一，所述22.235GHz低频段射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、22.235GHz通道混频器、功分器和中频梳状滤波器组；其中，中频梳状滤波器组包括：7个中频滤波器，22.235GHz中低频接收机为七通道的中频放大检波积分器；每个通道的中频放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；每个中频滤波器与每个通道的频放大检波积分器相连接；
所述第一宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为22.235GHz，本振提供25.935GHz本振信号；22.235GHz通道混频器将射频信号下变频为0-8000MHz的宽带中频信号，功分器将该宽带中频信号分为7个接收通道输入至中频梳状滤波器组；滤波器频率范围分别为：
第一中频滤波器的中频信号为200-600MHz；
第二中频滤波器的中频信号为2200-2600MHz；
第三中频滤波器的中频信号为3200-3400MHz；
第四中频滤波器的中频信号为3650-3750MHz；
第五中频滤波器的中频信号为4200-4400MHz；
第六中频滤波器的中频信号为5200-5600MHz；
第七中频滤波器的中频信号为7200-7600MHz；
经过上述7个接收通道滤波后的带通信号分别经过各自通道的中频放大，得到中频功率信号，再由对应的检波器将中频功率信号转换为低频电压信号，并通过对应的积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并送至数控单元进行量化和再处理；
所述31.4GHz低频段射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、31.4GHz通道混频器、中频放大器和中频滤波器；所述31.4GHz中低频接收机为单通道放大检波积分器；中频滤波器接入单通道放大检波积分器；
所述第一宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为31.4GHz，本振提供25.935GHz本振信号；31.4GHz通道混频器将射频信号下变频为0-6000MHz的宽带中频信号，经过中频放大后，得到放大后的信号，并将其输入至中频滤波器，滤波器频率范围为4965-5965MHz；得到滤波后的带通信号，并将其输入至单通道放大检波积分器，经过中频放大器的放大，得到放大的中频功率信号，再由检波器将放大的中频功率信号转换为低频电压信号，并通过积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并将其发送至数控单元，进行量化及再处理。
作为上述技术方案的改进之一，所述中频接收单元包括：50-60GHz射频接收机和10GHz宽带数字谱仪；
频率为50-60GHz的射频信号馈入50-60GHz射频接收机，且50-60GHz射频接收机接入10GHz宽带数字谱仪；
所述50-60GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入10GHz宽带数字谱仪；
本振提供频率为50GHz或60GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-10GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，由高速数字采集电路进行量化，得到量化后的模拟信号，再将量化后的模拟信号转换为数字信号，输出至10GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
作为上述技术方案的改进之一，所述10GHz宽带数字谱仪包括模数转换器和高速处理器；
所述模数转换器，用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并输入至高速处理器；
所述高速处理器，用于根据数字谱仪分析电路，对接收的数字信号进行频谱分析，得到分析后的信号，并输入至数控单元。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一高频单元包括：第二宽带双工器、89GHz射频接收机、118GHz射频接收、89GHz中低频接收机和12GHz宽带数字谱仪；
频率为89GHz、118GH的射频信号馈入第二宽带双工器后，再分别馈入89GHz射频接收机和118GHz射频接收机，且89GHz射频接收机接入89GHz中低频接收机，118GHz射频接收机接入12GHz宽带数字谱仪；
所述89GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器和中频滤波器；中频滤波器馈入89GHz高频段射频接收机，所述馈入89GHz高频段射频接收机为单通道放大检波积分器；该单通道放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；
所述第二宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为89GHz；89GHz接收通道本振提供频率为89GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频中频信号，经过中频放大后，得到中频放大信号，并将其输入至中频滤波器，该中频滤波器频率范围为0-3000MHz；得到滤波后的带通信号，再经过中频放大，得到放大的中频功率信号，再由检波器将放大的中频功率信号转换为低频电压信号，再通过积分器进行积分处理，将处理后的信号送至数控单元进行量化及再处理；
所述118GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入12GHz宽带数字谱仪；
所述第二宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为118GHz；本振提供频率为112GHz或124GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-12GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，得到滤波后的带通信号，再输入至高速数字采集电路进行量化，得到量化的模拟信号，再将量化的模拟信号转换为数字信号，输出至12GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
作为上述技术方案的改进之一，所述第二高频单元包括：第三宽带双工器、166GHz射频接收机、183GHz射频接收机、166GHz中低频接收机和12GHz宽带数字谱仪；
频率为166GHz、183GH的射频信号馈入第三宽带双工器后，再分别馈入166GHz射频接收机和183GHz射频接收机，且166GHz射频接收机接入166GHz中低频接收机，183GHz射频接收机接入12GHz宽带数字谱仪；
所述166GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器和中频滤波器；中频滤波器接入166GHz中低频接收机，该166GHz中低频接收机为单通道的放大检波积分器，该单通道放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；
所述第三宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为166GHz；166GHz接收通道本振提供频率为166GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频中频信号，得到中频放大信号，并将其输入至中频滤波器，滤波器频率范围为0-3000MHz；得到滤波后的带通信号，再将其经过中频放大后，得到放大后的中频功率信号，再由检波器将放大后的中频功率信号转换为低频电压信号，再通过积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并输入至数控单元进行量化及再处理；
所述183GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入12GHz宽带数字谱仪；
本振提供频率为177GHz或189GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-12GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，得到滤波后的带通信号，再将其输入至高速数字采集电路进行量化，得到量化的模拟信号，再将量化的模拟信号转换为数字信号，输出至12GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
作为上述技术方案的改进之一，所述12GHz宽带数字谱仪均包括模数转换器和高速处理器；
所述模数转换器，用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并输入至高速处理器；
所述高速处理器，用于根据数字谱仪分析电路，对接收的数字信号进行频谱分析，得到分析后的信号，并输入至数控单元。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明的高光谱大气微波探测仪共包括7个探测频率，10个模拟探测通道，三个高光谱探测通道。射频光路包括两个平板天线(即平板反射面天线)、两个抛物面天线、两个准光学栅网和四个馈源。将22.235GHz、31.4GHz、50-60GHz共用一副扫描平板天线和固定抛物面天线，极化栅网将23.8～60GHz频率分为23.8/31.4GHz和50-60GHz两个频段，而22.235GHz和31.4GHz的频率分离采用第一宽带双工器(微波分工器)；
将89GHz、118GHz、166GHz、183GHz共用另一副扫描平板天线和固定抛物面天线，极化栅网将89～183GHz频率分为89/118GHz和166/183GHz两个频段，而89GHz和118GHz的频率分离采用第二宽带双工器(微波分工器)；166GHz和183GHz的频率分离采用第三宽带双工器(微波分工器)；
2、高光谱微波大气探测仪的探测频率多，频率覆盖范围广，最高探测频率已经接近亚毫米波段，高精度、最高测试频率可以达到500GHz；
3、本发明的高光谱多功能微波大气探测仪可以全天候探测大气降雨、温湿廓线、水汽含量，以及暴雨和热带气旋等短临天气现象。探测频率包括23.8GHz、31.4GHz、50-60GHz、89GHz、118GHz、166GHz和183.31GHz，共十个模拟探测通道(即7个23.8GHz模拟探测通道、31.4GHz、89GHz和166GHz3个模拟探测通道)和三个高光谱探测通道(50-60GHz、166GHz和183GHz三个高光谱探测通道)。其中，23.8GHz和31.4GHz的模拟探测通道主要用于探测海洋及陆地降水数据；50-60GHz和118GHz两个模拟探测通道用于在氧气吸收频段，获取大气层不同高度的温度分布数据；183GHz模拟探测通道，用于在水汽吸收频段，获取大气层不同高度的湿度分布数据；89GHz和166GHz模拟探测通道，用于在大气微波吸收窗区，用于修正大气层不同高度的温度分布数据和湿度分布数据，还用于探测云中含水量和强降雨、卷云等大气参数；与传统的大气微波探测仪相比，高光谱大气微波探测仪的频谱分辨率高，探测通道数量有了大幅度提升，将改善大气温度和湿度探测的垂直分辨率，从而实现对大气参数的精细化探测；
4、本发明的高光谱大气微波探测仪工作频率为18.7～183GHz，采用扫描机构对平板天线和抛物面天线进行两次反射的方式，利用准光学极化栅网和宽带双工器实现极化和频率分离。其中，平板天线的反射面带有天线罩，以实现平板天线热控并遮挡外界杂散辐射的影响。
附图说明
图1是本发明的一种星载高光谱多功能微波大气探测仪的结构示意图；
图2是图1的本发明的一种星载高光谱多功能微波大气探测仪的低频接收单元的结构示意图；
图3是图1的本发明的一种星载高光谱多功能微波大气探测仪的中频接收单元的结构示意图；
图4是图1的本发明的一种星载高光谱多功能微波大气探测仪的第一高频接收单元的结构示意图；
图5是图1的本发明的一种星载高光谱多功能微波大气探测仪的第二高频接收单元的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种星载高光谱多功能微波大气探测仪，其包括：天线与接收机单元、数控单元和供配电单元；
所述天线与接收机单元包括：若干个与每个双工器输出端并联的接收机，用于接收与其频率相匹配的电磁波信号，并进行极化和频率分离，对每个分离的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述数控单元，用于根据接收的处理后的信号进行量化与数据管理，控制大气探测仪的工作状态，并与卫星平台进行通讯，实现星务管理；
所述供配电单元，用于完成一次电源至二次电源的变换，提供正常工作的电源。
其中，所述天线与接收机单元包括：天线单元、低频接收单元、中频接收单元、第一高频接收单元、第二高频接收单元；
所述天线单元，用于利用平板天线，采用周期性扫描方式，周期性地进行对地观测和冷热源定标体；将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，再由抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为22.235GHz、31.4GHz、50-60GHz、89GHz、118GHz、166GHz和183GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，并分别输入至对应的接收单元；
具体地，如图1所示，所述天线单元包括：两个平板天线、两个抛物面天线、两个定标体、两个栅网、四个馈源、定标源、扫描机构和驱动控制模块；
驱动控制模块与扫描机构电性连接，在驱动控制模块的控制下，扫描机构驱动一侧的低频平板天线进行周期性扫描，周期性地进行对地观测和冷热源定标体；该侧的低频平板天线将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，再由抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为22.235GHz、31.4GHz和50-60GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，再经过对应馈源，对应地馈入第一宽带双工器和对应的射频接收机；
扫描机构驱动另一侧的平板天线进行周期性扫描，周期性地进行对地观测、冷空观测和热定标体观测；该另一侧的平板天线将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为89GHz、118GHz、166GHz和183GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，再经过对应馈源，对应地馈入第二宽带双工器和第三宽带双工器。
所述低频接收单元，用于对接收频率为22.235GHz和31.4GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
具体地，所述低频接收单元包括：第一宽带双工器、22.235GHz射频接收机、31.4GHz射频接收机、22.235GHz中低频接收机和31.4GHz中低频接收机；
频率为22.235GHz、31.4GHz的射频信号馈入第一宽带双工器后，再分别对应的馈入22.235GHz射频接收机和31.4GHz射频接收机，且22.235GHz射频接收机接入22.235GHz中低频接收机，31.4GHz射频接收机接入31.4GHz中低频接收机。
具体地，如图2所示，22.235GHz低频段射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、22.235GHz通道混频器、功分器和中频梳状滤波器组；其中，中频梳状滤波器组包括：7个中频滤波器，22.235GHz中低频接收机为七通道的中频放大检波积分器；每个通道的中频放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；每个中频滤波器与每个通道的频放大检波积分器相连接；
所述双工器将接收到的探测信号频率分离为22.235GHz，本振提供25.935GHz本振信号；22.235GHz通道混频器将射频信号下变频为0-8000MHz的宽带中频信号，功分器将该宽带中频信号分为7个接收通道输入至中频梳状滤波器组；滤波器频率范围分别为：
第一中频滤波器的中频信号为200-600MHz；
第二中频滤波器的中频信号为2200-2600MHz；
第三中频滤波器的中频信号为3200-3400MHz；
第四中频滤波器的中频信号为3650-3750MHz；
第五中频滤波器的中频信号为4200-4400MHz；
第六中频滤波器的中频信号为5200-5600MHz；
第七中频滤波器的中频信号为7200-7600MHz；
以上滤波器组频率及带宽设置可根据需要进行适当调整。
经过上述7个接收通道滤波后的带通信号分别经过各自通道的中频放大，得到中频功率信号，再由对应的检波器将中频功率信号转换为低频电压信号，并通过对应的积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并送至数控单元进行量化和再处理。
所述31.4GHz低频段射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、31.4GHz通道混频器、中频放大器和中频滤波器；所述31.4GHz中低频接收机为单通道放大检波积分器；中频滤波器接入单通道放大检波积分器；
所述双工器将接收到的探测信号频率分离为31.4GHz，本振提供25.935GHz本振信号；31.4GHz通道混频器将射频信号下变频为0-6000MHz的宽带中频信号，经过中频放大后，得到放大后的信号，并将其输入至中频滤波器，滤波器频率范围为4965-5965MHz；得到滤波后的带通信号，并将其输入至单通道放大检波积分器，经过中频放大器的放大，得到放大的中频功率信号，再由检波器将放大的中频功率信号转换为低频电压信号，并通过积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并将其发送至数控单元，进行量化及再处理。
所述中频接收单元，用于对接收频率为50-60GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
具体地，所述中频接收单元包括：50-60GHz射频接收机和10GHz宽带数字谱仪；
频率为50-60GHz的射频信号馈入50-60GHz射频接收机，且50-60GHz射频接收机接入10GHz宽带数字谱仪；
所述50-60GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入10GHz宽带数字谱仪；
如图3所示，所述50-60GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入10GHz宽带数字谱仪；
本振提供频率为50GHz或60GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-10GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，由高速数字采集电路进行量化，得到量化后的模拟信号，再将量化后的模拟信号转换为数字信号，输出至10GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
其中，所述89GHz高频段射频接收机、118GHz高频段射频接收、166GHz高频段射频接收机和183GHz高频段射频接收机均为高频接收机。
其中，22.235GHz中低频接收机、31.4GHz中低频接收机和10GHz宽带数字谱仪均与数控单元通信连接；
所述22.235GHz低频段射频接收机、31.4GHz低频段射频接收机和50-60GHz射频接收机均为超外差混频模拟接收机。
所述第一高频接收单元，用于对接收频率为89GHz和118GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
具体地，所述第一高频单元包括：第二宽带双工器、89GHz射频接收机、118GHz射频接收、89GHz中低频接收机和12GHz宽带数字谱仪；
频率为89GHz、118GH的射频信号馈入第二宽带双工器后，再分别馈入89GHz射频接收机和118GHz射频接收机，且89GHz射频接收机接入89GHz中低频接收机，118GHz射频接收机接入12GHz宽带数字谱仪。
如图4所示，所述89GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器和中频滤波器；中频滤波器馈入89GHz高频段射频接收机，所述89GHz高频段射频接收机为单通道放大检波积分器；该单通道放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；
所述双工器将接收到的探测信号频率分离为89GHz；89GHz接收通道本振提供频率为89GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频中频信号，经过中频放大后，得到中频放大信号，并将其输入至中频滤波器，该中频滤波器频率范围为0-3000MHz；得到滤波后的带通信号，再经过中频放大，得到放大的中频功率信号，再由检波器将放大的中频功率信号转换为低频电压信号，再通过积分器进行积分处理，将处理后的信号送至数控单元进行量化及再处理；
所述118GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入12GHz宽带数字谱仪；
所述双工器将接收到的探测信号频率分离为118GHz；本振提供频率为112GHz或124GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-12GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，得到滤波后的带通信号，再将其输入至高速数字采集电路进行量化，得到量化的模拟信号，再将量化的模拟信号转换为数字信号，输出至12GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
所述第二高频接收单元，用于对接收频率为166GHz和183GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元。
具体地，所述第二高频单元包括：第三宽带双工器、166GHz射频接收机、183GHz射频接收机、166GHz中低频接收机和12GHz宽带数字谱仪；
频率为166GHz、183GH的射频信号馈入第三宽带双工器后，再分别馈入166GHz射频接收机和183GHz射频接收机，且166GHz射频接收机接入166GHz中低频接收机，183GHz射频接收机接入12GHz宽带数字谱仪。
如图5所示，所述166GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器和中频滤波器；中频滤波器接入166GHz中低频接收机，该166GHz中低频接收机为单通道的放大检波积分器，该单通道放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；
所述双工器将接收到的探测信号频率分离为166GHz；166GHz接收通道本振提供频率为166GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频中频信号，得到中频放大信号，并将其输入至中频滤波器，滤波器频率范围为0-3000MHz；得到滤波后的带通信号，再将其经过中频放大后，得到放大后的中频功率信号，再由检波器将放大后的中频功率信号转换为低频电压信号，再通过积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并输入至数控单元进行量化及再处理；
所述183GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入12GHz宽带数字谱仪；
本振提供频率为177GHz或189GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-12GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，得到滤波后的带通信号，再将其输入至高速数字采集电路进行量化，得到量化的模拟信号，再将量化的模拟信号转换为数字信号，输出至12GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元再处理。
其中，89GHz中低频接收机、166GHz中低频接收机和两个12GHz宽带数字谱仪均与数控单元通信连接。
所述数控单元，用于完成科学数据和辅助数据的采集，分别对22.235GHz中低频接收机输出的处理后的信号、31.4GHz中低频接收机输出的处理后的信号、10GHz宽带数字谱仪输出的处理后的信号、89GHz中低频接收机输出的处理后的信号、12GHz宽带数字谱仪输出的处理后的信号进行数字化、量化和再处理，并根据处理结果控制整个大气探测仪稳定、有序地工作；并通过总线与卫星数管单元进行通讯，组织数据的发送，执行卫星下达的所有遥控和程控指令，产生微波大气探测仪工作所需的各种控制信号。包括：
1)对天线与接收机单元的科学数据及温度数据进行采集和量化处理，根据数据处理结果，调整接收机信道增益，使通道工作在最佳状态；
3)采集角编码信号和天线状态信号，控制扫描驱动和角编码电路工作在主份或备份；
4)通过数据注入控制接收机各通道上下电；
3)接收卫星数管分系统的遥控指令，译码后执行该指令，控制湿度计的工作状态；
4)对数据进行格式编排，送卫星数管分系统；
5)对工程遥测参数进行编码，编码后送数管分系统。
在本实施例中，根据不同频率大气吸收特性，分别采用传统体制的模拟接收机和新型高光谱接收机，实现对大气温湿度等参数的高垂直分辨率探测。其中22.235GHz(7通道)，31.4GHz,89GHz,166GHz为窗区(准窗区)频率，采用超外差混频模拟接收机；50-60GHz，118GHz和183GHz为大气吸收频率，接收机后端采用高光谱技术体制，带宽分别为10GHz，12GHz和12GHz，探测通道可进行配置，实现2-2000MHz的通道带宽，最高频谱分辨率为2MHz，提高探测的垂直分辨率。
高光谱大气微波探测仪由一个马达带动两副天线旋转实现360°圆周扫描。其中22.235GHz、31.4GHz、50-60GHz共用一个低频天线，通过极化栅网实现极化和高、低频率分离，22.235GHz和31.4GHz频率分离采用微波双工器实现。89GHz、118GHz、166GHz、183GHz共用一个高频天线，通过极化栅网实现极化和高、低频频率分离，89GHz和118GHz频率分离采用微波双工器实现，166GHz和183GHz频率分离采用微波双工器实现。假设卫星轨道高度为830km，根据天线波束宽度进行计算，22.235GHz、31.4GHz探测频率的天底点像元尺寸为75km，50-60GHz、89GHz、118GHz探测频率的天底点像元尺寸为30km，166GHz、183GHz探测频率的天底点像元尺寸为15km。
31.4GHz为传统的单通道全功率辐射计，探测海洋与陆地降水。22.235GHz探测频率包含7个探测通道，探测频率范围18.7-22.235GHz，采用超外差下变频将馈源输出的二次反射的射频信号转换为中频，该中频带宽为5GHz。在中频电路中通过中频功分器和滤波器组实现通道分离，经过检波放大后将接收功率转换为电压信号进行量化。7个接收通道频率范围覆盖了22.235GHz水汽吸收峰，多通道设置可以实现中低大气层湿度廓线分布探测。
50-60GHz为高光谱辐射计体制，采用超外差下变频将射频信号转换为中频，中频带宽10GHz。宽带数字谱仪对10GHz中频信号进行高速数字采样，通过快速傅里叶变换(FFT)实现高频谱分辨率垂直探测，最高频谱分辨率2MHz，可实现5000个探测通道。在配置带宽(频谱分辨率)50MHz时，探测通道数量为200个；在配置带宽100MHz时，探测通道数量为100；在配置带宽200MHz时，探测通道数量为50。
89GHz和166GHz为窗区(准窗区)探测频率，采用传统的单通道全功率辐射计，探测水汽总量和强降水，并辅助118GHz和183GHz探测大气温湿廓线。
118GHz和183GHz为高光谱辐射计体制，采用超外差下变频将射频信号转换为中频，中频带宽12GHz。宽带数字谱仪对12GHz中频信号进行高速数字采样，通过快速傅里叶变换(FFT)实现高频谱分辨率垂直探测，最高频谱分辨率2MHz，可实现6000个探测通道。在配置带宽(频谱分辨率)50MHz时，探测通道数量为240个；在配置带宽100MHz时，探测通道数量为120；在配置带宽200MHz时，探测通道数量为60。
其中，为保证吸收峰探测频率频率稳定度，118GHz、183GHz接收机采用锁相本振。
在50-60GHz、118GHz和183GHz射频接收机的后端接入10GHz数字谱仪、12GHz数字谱仪和12GHz数字谱仪；其中，数字谱仪具备频谱分辨率高且带宽较宽的能力。10GHz数字谱仪、12GHz数字谱仪和12GHz数字谱仪均为低功耗宽带数字谱仪，采用高速模数转换器将宽带噪声量化，在高速处理器中完成数字信号接收及定制化信号处理，相比于模拟滤波器组，低功耗宽带数字谱仪具有更高的机械稳定性、热稳定性、低功耗和频谱分辨率。
具体地，10GHz宽带数字谱仪和12GHz宽带数字谱仪均包括模数转换器(Analog-Digital Converter，简称ADC)和高速处理器；
所述模数转换器，用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并输入至高速处理器；
所述高速处理器，用于根据数字谱仪分析电路，对接收的数字信号进行频谱分析，得到分析后的信号，并输入至数控单元；通过数字平均实现频谱分辨率和通道数自调整功能，频谱分辨率最高可达到1MH在或是3MHz。
其中，ADC是数字谱仪的首要芯片。数字量化位数是数字谱仪ADC的主要指标。针对高光谱微波大气探测仪，主要目的是获取观测目标的功率谱线，通常选择3bit以上有效位数的ADC即可满足要求。虽然较高的量化位数能有更好的信噪比，但是会带来资源的更大需求。以通常作为主要资源的乘法器来做比较，8bit量化乘法就是3bit量化乘法资源的7倍左右，采样率为20-50GHz。
同时，ADC需要考虑低功耗的设计架构，在有效位数、功耗、采样率几个主要指标中做出最优化选择。目前最优化参数范围是：6bits量化，转换速率为30Gsps，模拟带宽达15GHz，频谱通道数1000，功耗35W；8bits量化，转换速率为4.8Gsps，模拟带宽2GHz，频谱通道数1000，功耗20W。采用的高速ADC为现有的国内自产器件，完全的自主技术，能够完全实现自主化。
高速处理器是实现谱分析算法的核心器件，是数字谱仪的心脏，具体为FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片。FPGA相对于DSP(DigitalSignal Process，数字信号处理)具有更强的高速并行信号处理能力，相对于GPU(GraphicsProcessing Unit，图形处理器)具有显著的低功耗优势，是实现宽带数字谱仪的最佳芯片选择。目前已经实现的数字谱仪均选择具有国产同类芯片的型号，例如30Gsps选用xilinx的Kirtex7系列，避免了国外对高端芯片封锁产生的隐患，能够完全实现自主化。
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 (9)

1.一种星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，其包括：天线与接收机单元、数控单元和供配电单元；
所述天线与接收机单元包括：若干个与每个双工器输出端并联的接收机，用于接收与其频率相匹配的电磁波信号，并进行极化和频率分离，对每个分离的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述数控单元，用于根据接收的处理后的信号进行量化与数据管理，控制大气探测仪的工作状态，并与卫星平台进行通讯；
所述供配电单元，用于完成一次电源至二次电源的变换，提供正常工作的电源；
所述天线与接收机单元包括：天线单元、低频接收单元、中频接收单元、第一高频接收单元、第二高频接收单元；
所述天线单元，用于利用平板天线，采用周期性扫描方式，周期性地进行对地观测和冷热源定标体；将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，再由抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为22.235GHz、31.4GHz、50-60GHz、89GHz、118GHz、166GHz和183GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，并分别输入至对应的接收单元；
所述低频接收单元，用于对接收频率为22.235GHz和31.4GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述中频接收单元，用于对接收频率为50-60GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述第一高频接收单元，用于对接收频率为89GHz和118GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元；
所述第二高频接收单元，用于对接收频率为166GHz和183GHz的射频信号进行放大、平方律检波、低频放大、积分处理、高速数字采样和频谱分析处理，分别得到对应的处理信号，并将每个处理后的信号输入至数控单元。
2.根据权利要求1所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述天线单元包括：两个平板天线、两个抛物面天线、两个定标体、两个栅网、四个馈源、定标源、扫描机构和驱动控制模块；
驱动控制模块与扫描机构电性连接，在驱动控制模块的控制下，扫描机构驱动一侧的低频平板天线进行周期性扫描，周期性地进行对地观测和冷热源定标体；该侧的低频平板天线将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，再由抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为22.235GHz、31.4GHz和50-60GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，再经过对应馈源，对应地馈入第一宽带双工器和对应的射频接收机；
扫描机构驱动另一侧的平板天线进行周期性扫描，周期性地进行对地观测、冷空观测和热定标体观测；该另一侧的平板天线将接收到的由定标源发送的电磁波信号二次反射至抛物面天线，抛物面天线将经过反射的电磁波信号通过极化栅网，分离出频率为89GHz、118GHz、166GHz和183GHz的射频信号，并依次反射至对应的馈源内，再经过对应馈源，对应地馈入第二宽带双工器和第三宽带双工器。
3.根据权利要求1所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述低频接收单元包括：第一宽带双工器、22.235GHz射频接收机、31.4GHz射频接收机、22.235GHz中低频接收机和31.4GHz中低频接收机；
频率为22.235GHz、31.4GHz的射频信号馈入第一宽带双工器后，再分别对应的馈入22.235GHz射频接收机和31.4GHz射频接收机，且22.235GHz射频接收机接入22.235GHz中低频接收机，31.4GHz射频接收机接入31.4GHz中低频接收机。
4.根据权利要求3所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述22.235GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、22.235GHz通道混频器、功分器和中频梳状滤波器组；其中，中频梳状滤波器组包括：7个中频滤波器，22.235GHz中低频接收机为七通道的中频放大检波积分器；每个通道的中频放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；每个中频滤波器与每个通道的频放大检波积分器相连接；
所述第一宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为22.235GHz，本振提供25.935GHz本振信号；22.235GHz通道混频器将射频信号下变频为0-8000MHz的宽带中频信号，功分器将该宽带中频信号分为7个接收通道输入至中频梳状滤波器组；滤波器频率范围分别为：
第一中频滤波器的中频信号为200-600MHz；
第二中频滤波器的中频信号为2200-2600MHz；
第三中频滤波器的中频信号为3200-3400MHz；
第四中频滤波器的中频信号为3650-3750MHz；
第五中频滤波器的中频信号为4200-4400MHz；
第六中频滤波器的中频信号为5200-5600MHz；
第七中频滤波器的中频信号为7200-7600MHz；
经过上述7个接收通道滤波后的带通信号分别经过各自通道的中频放大，得到中频功率信号，再由对应的检波器将中频功率信号转换为低频电压信号，并通过对应的积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并送至数控单元进行量化和再处理；
所述31.4GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、31.4GHz通道混频器、中频放大器和中频滤波器；所述31.4GHz中低频接收机为单通道放大检波积分器；中频滤波器接入单通道放大检波积分器；
所述第一宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为31.4GHz，本振提供25.935GHz本振信号；31.4GHz通道混频器将射频信号下变频为0-6000MHz的宽带中频信号，经过中频放大后，得到放大后的信号，并将其输入至中频滤波器，滤波器频率范围为4965-5965MHz；得到滤波后的带通信号，并将其输入至单通道放大检波积分器，经过中频放大器的放大，得到放大的中频功率信号，再由检波器将放大的中频功率信号转换为低频电压信号，并通过积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并将其发送至数控单元，进行量化及再处理。
5.根据权利要求1所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述中频接收单元包括：50-60GHz射频接收机和10GHz宽带数字谱仪；
频率为50-60GHz的射频信号馈入50-60GHz射频接收机，且50-60GHz射频接收机接入10GHz宽带数字谱仪；
所述50-60GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入10GHz宽带数字谱仪；
本振提供频率为50GHz或60GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-10GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，由高速数字采集电路进行量化，得到量化后的模拟信号，再将量化后的模拟信号转换为数字信号，输出至10GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
6.根据权利要求5所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述10GHz宽带数字谱仪包括模数转换器和高速处理器；
所述模数转换器，用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并输入至高速处理器；
所述高速处理器，用于根据数字谱仪分析电路，对接收的数字信号进行频谱分析，得到分析后的信号，并输入至数控单元。
7.根据权利要求1所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述第一高频接收单元包括：第二宽带双工器、89GHz射频接收机、118GHz射频接收、89GHz中低频接收机和12GHz宽带数字谱仪；
频率为89GHz、118GH的射频信号馈入第二宽带双工器后，再分别馈入89GHz射频接收机和118GHz射频接收机，且89GHz射频接收机接入89GHz中低频接收机，118GHz射频接收机接入12GHz宽带数字谱仪；
所述89GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器和中频滤波器；中频滤波器馈入89GHz高频段射频接收机，所述馈入89GHz高频段射频接收机为单通道放大检波积分器；该单通道放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；
所述第二宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为89GHz；89GHz接收通道本振提供频率为89GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频中频信号，经过中频放大后，得到中频放大信号，并将其输入至中频滤波器，该中频滤波器频率范围为0-3000MHz；得到滤波后的带通信号，再经过中频放大，得到放大的中频功率信号，再由检波器将放大的中频功率信号转换为低频电压信号，再通过积分器进行积分处理，将处理后的信号送至数控单元进行量化及再处理；
所述118GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入12GHz宽带数字谱仪；
所述第二宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为118GHz；本振提供频率为112GHz或124GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-12GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，得到滤波后的带通信号，再输入至高速数字采集电路进行量化，得到量化的模拟信号，再将量化的模拟信号转换为数字信号，输出至12GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
8.根据权利要求1所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述第二高频接收单元包括：第三宽带双工器、166GHz射频接收机、183GHz射频接收机、166GHz中低频接收机和12GHz宽带数字谱仪；
频率为166GHz、183GH的射频信号馈入第三宽带双工器后，再分别馈入166GHz射频接收机和183GHz射频接收机，且166GHz射频接收机接入166GHz中低频接收机，183GHz射频接收机接入12GHz宽带数字谱仪；
所述166GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器和中频滤波器；中频滤波器接入166GHz中低频接收机，该166GHz中低频接收机为单通道的放大检波积分器，该单通道放大检波积分器包括依次顺序连接的放大器、检波器和积分器；
所述第三宽带双工器将接收到的探测信号频率分离为166GHz；166GHz接收通道本振提供频率为166GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频中频信号，得到中频放大信号，并将其输入至中频滤波器，滤波器频率范围为0-3000MHz；得到滤波后的带通信号，再将其经过中频放大后，得到放大后的中频功率信号，再由检波器将放大后的中频功率信号转换为低频电压信号，再通过积分器进行积分处理，得到处理后的信号，并输入至数控单元进行量化及再处理；
所述183GHz射频接收机包括依次顺序连接的射频放大器、混频器、中频放大器、中频滤波器和高速数据采集电路；高速数据采集电路接入12GHz宽带数字谱仪；
本振提供频率为177GHz或189GHz的本振信号，混频器将射频信号下变频为0-12GHz的宽带中频信号，经过中频放大、滤波后，得到滤波后的带通信号，再将其输入至高速数字采集电路进行量化，得到量化的模拟信号，再将量化的模拟信号转换为数字信号，输出至12GHz宽带数字谱仪中的数字谱仪分析电路进行频谱分析，送至数控单元进行再处理。
9.根据权利要求7或8所述的星载高光谱多功能微波大气探测仪，其特征在于，所述12GHz宽带数字谱仪均包括模数转换器和高速处理器；
所述模数转换器，用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并输入至高速处理器；
所述高速处理器，用于根据数字谱仪分析电路，对接收的数字信号进行频谱分析，得到分析后的信号，并输入至数控单元。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114337707B (zh) * 2021-12-20 2023-10-13 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 一种超外差接收机的谐波/交调信号判断电路及方法
CN114994088B (zh) * 2022-08-03 2022-10-25 北京国信航宇科技有限公司 星载大气探测仪及其大气参数测量方法
CN117724122B (zh) * 2024-02-07 2024-04-26 北京凯芯微科技有限公司 一种多频段gnss接收机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102375161A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种星载微波大气温度和湿度探测仪
WO2013141738A1 (ru) * 2012-03-23 2013-09-26 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") Допплеровский метеорологический радиолокатор
CN107450074A (zh) * 2016-05-30 2017-12-08 中国科学院国家空间科学中心 一种星载微波大气探测仪
CN110398785A (zh) * 2018-04-25 2019-11-01 中国科学院国家空间科学中心 一种毫米波高光谱大气温度探测仪及探测方法
CN111487623A (zh) * 2019-01-25 2020-08-04 中国科学院国家空间科学中心 一种星载太赫兹大气廓线探测仪

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102375161A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种星载微波大气温度和湿度探测仪
WO2013141738A1 (ru) * 2012-03-23 2013-09-26 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Лианозовский Электромеханический Завод" (Оао Нпо "Лэмз") Допплеровский метеорологический радиолокатор
CN107450074A (zh) * 2016-05-30 2017-12-08 中国科学院国家空间科学中心 一种星载微波大气探测仪
CN110398785A (zh) * 2018-04-25 2019-11-01 中国科学院国家空间科学中心 一种毫米波高光谱大气温度探测仪及探测方法
CN111487623A (zh) * 2019-01-25 2020-08-04 中国科学院国家空间科学中心 一种星载太赫兹大气廓线探测仪

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Design of High Speed and Broadband Hyperspectral Microwave Receiver Subsystem for Sounding Atmosphere;Yangjin Luo et al.;《2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS-Spring)》;20191231;第2215-2219页 *
风云三号卫星先进微波大气探测仪系统设计与研制;张升伟等;《中国工程科学》;20130715;第15卷(第07期);第81-87页 *

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