专利名称：一种微波高光谱辐射计的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及微波遥感技术领域，特别涉及一种微波高光谱辐射计。
背景技术：
在微波遥感领域，微波辐射计是一款被动式的基微波遥感设备，能全天候、全天时工作。主要用于中小尺度天气现象，如暴风雨、闪电、强降雨、雾、冰冻及边界层紊流。对于短时间内生成或消散的中小尺度天气灾害，虽然只是地区性的，但部分事件危害性较大。在目前中尺度天气现象监测过程中，探空气球和天气雷达是常用的手段。微波辐射计具有独立工作能力，能在几乎各种环境条件工作，非常适合于自动天气站，用于反演完整的大气廓线，反演数据和原始数据全部保存，提供完备的顾客定制或全球标准算法。微波辐射计虽然具有以上优点，但是，其具有频谱分辨率低，灵敏度低并且扫描速·度慢的缺点。因此，如何提高微波辐射计的频谱分辨率，灵敏度以及扫描速度，是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例中提供了一种微波高光谱辐射计，以提高微波辐射计的频谱分辨率、灵敏度以及扫描速度。为此，本发明提供一种微波高光谱辐射计，包括微波反射镜装置，受控于转动平台控制装置，用于扫描并反射大气辐射信号给接收天线装置；接收天线装置，用于接收所述大气辐射信号，并将所述大气辐射信号输出至微波高光谱接收机装置；转动平台装置，用于控制所述微波反射镜装置的旋转角度，以便于所述微波反射镜装置与所述接收天线装置的中心一致；以及改变接收天线装置的工作波束指向，实现对不同仰角大气辐射谱线的测量，并将测量的角度信息传输至所述微波高光谱数字处理与控制装置；微波高光谱晴空定标装置，用于通过所述微波反射镜装置指向的特定天空仰角控制定标波束，测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；根据设定天顶方向晴空背景的大气不透明度和所述大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；测量黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据；微波高光谱接收机装置，用于接收所述接收天线装置输入的高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号下变频为第一中频信号，放大所述第一中频信号，以及将放大后的所述第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并对所述多路中频信号中的每路中频信号进行频段划分后进行平方率检波，得到带有天空亮温信息的电压信号，放大并输出所述电压信号至微波高光谱数字处理与控制装置；恒温装置，用于使所述微波高光谱接收机装置工作于恒定温度；微波高光谱数字处理与控制装置，用于接收所述微波高光谱接收机装置输出的带有天空亮温信息的电压信号，以及采集大气廓线反演所需的实时地表气象数据，所述地表气象数据包括微波高光谱晴空定标装置中黑体定标源的辐射温度和大气的绝对压强；并将所述电压信号以及地表气象数据反演为气象参数曲线。可选的，所述转动平台控制装置包括伺服电机，用于控制微波反射镜装置的旋转；
俯仰角定位仪，用于实时测量所述微波反射镜装置的旋转角度，并将测量的角度信息传输至所述微波高光谱数字处理与系统控制装置。可选的，所述微波高光谱晴空测量装置包括黑体定标源单元、定标波束控制单元和微波高光谱晴空定标单元，其中，所述黑体定标源单元，用于作为微波高光谱辐射计两点定标中的热定标源，提供大气的辐射温度，所述辐射温度取决于自身的物理温度，所述物理温度通过微波高光谱辐射计数字处理与控制装置中的温度传感器采集得到；并将所述物理温度发送所述微波高光谱晴空定标装置；所述定标波束控制单元，用于作为微波辐射计两点定标中的冷定标源；通过微波高光谱辐射计的微波反射镜指向的九个特定天空仰角控制定标波束，并测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；将所述大气平均辐射温度发送给所述微波高光谱晴空定标装置；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；所述微波高光谱晴空定标单元，用于设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；根据所述大气不透明度和所述定标波束控制单元发送的大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述微波高光谱晴空定标单元包括数据库，用于存储气象数据和定标参数数据，其中，所述定标参数数据包括大气平均辐射温度、大气质量因子以及晴空定标模型的定标数据；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；设定单元，用于设定天顶方向晴空背景大气不透明度；第一获取单元，用于从数据库中获取大气平均辐射温度；第一计算单元，用于根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；第二获取单元，用于获取黑体定标源的辐射温度；第二计算单元，用于根据所述大气亮温和辐射温度两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；第三计算单元，用于根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；迭代计算单元，用于对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述迭代计算单元包括质量因子获取单元，用于从数据库中获取大气质量因子；归一化处理单元，用于根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；系统计算单元，用于计算所述归一化处理单元处归一化处理后的曲线的系数；
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第一判断单元，用于判断所述系统是否大于定标预设值，并将大于等于定标预设值的判断结果发送给第二判断单元；将小于定标预设值的判断结果发送给重新定标单元；第二判断单元，用于在接收到大于等于定标预设值的判断结果时，确定所述归一化处理后的曲线为直线，并继续判断所述直线是否经过原点，并将经过原点的判断结果发送给确定单元；将不经过原点的判断结果发送给斜率计算单元；第一确定单元，用于在接收到所述经过原点的判断结果时，将所述系统增益作为满足晴空定标模型新的定标数据；斜率计算单元，用于在接收到所述不经过原点的判断结果时，计算所述直线的斜率；发送单元，用于将所述斜率发送给设定单元；重新定标单元，用于在接收到所述小于定标预设值的判断结果时，重新进行定标；所述设定单元，还用于根据将接收到的所述斜率作为新的天顶方向大气不透明度；所述第二计算单元，还用于根据设定单元设定的新的天顶方向大气不透明度重新计算系统增益。可选的，所述晴空测量装置还包括传输单元，用于将迭代计算单元得到的满足晴空定标模型新的定标数据传输到所述数字处理与系统控制装置中。可选的，所述数据库包括气象资料数据库和定标参数数据库，其中，所述气象资料数据库，用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给定标参数数据库；其中，所述当地气象资料包括大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；所述定标参数数据库，用于存储接收到的当地气象资料，以及当地高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。可选的，所述微波高光谱接收机装置包括一级接收装置，用于接收接收天线装置输入的大气辐射信号，所述大气辐射信号为高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号下变频为第一中频信号，放大输出所述第一中频信号至所述二级接收装置；
二级接收装置，用于接收放大后的所述第一中频信号，将所述第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并对所述多路中频信号中的每路中频信号进行频段划分后进行平方率检波，得到带有天空亮温信息的电压信号，放大并输出所述电压信号。可选的，所述一级接收装置包括高频放大单元、镜像噪声滤波单元、下变频单元和中频放大单元，其中，所述高频放大单元，用于接收天线输入的高频信号，放大并输出所述高频信号；所述镜像噪声滤波单元，用于对高频放大单元产生的额外噪声分量进行滤波；对将要输出给下变频单元的高频信号进行预滤波，抑制镜像噪声；以及接收下变频单元发出的控制信号，根据所述控制信号控制所述高频信号输出至对应的腔体滤波器中；所述下变频单元，用于接收所述镜像噪声滤波单元预滤波后的高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号进行下变频处理， 得到第一中频信号，输出所述第一中频信号；所述中频放大单元，用于接收并放大所述第一中频信号，输出所述放大的第一中频信号至所述二级接收装置。可选的，所述镜像噪声滤波单元包括第一微波开关、第二微波开关，以及多个多阶带通滤波器，其中，每个多阶带通滤波器的一端连接有第一微波开关，另一端连接有第二微波开关，所述第一微波开关还与高频放大模块和频率合成器连接，所述第二微波开关还与下变频模块中的下变频器和频率合成器连接；第一微波开关的开和关，以及第二微波开关的开和关，受所述频率合成器输出的控制信号的控制。可选的，所述下变频单元包括频率合成器和下变频器，其中，所述频率合成器，用于生成不同频率的本振信号，并输出所述本振信号给所述下变频器；以及生成控制信号，将所述控制信号输出至所述镜像噪声滤波单元；所述下变频器，用于根据所述本振信号对所述高频放大模块输出的高频信号进行下变频处理，得到第一中频信号，并将所述第一中频信号输出给中频放大单元。可选的，所述频率合成器包括锁相模块和倍频模块；其中，所述锁相模块，用于将低频的参考频率源提供的参考频率倍频至中频频段；所述倍频模块，用于依据频率合成器的所需的输出频率，根据所述参考频率选取低频倍频通路或高频倍频通路，输出满足预设带宽的本振信号。可选的，所述锁相模块包括参考频率源、数字分频器、鉴相器和压控振荡器，其中，所述参考频率源，用于提供标准的参考频率；所述数字分频器，用于提供不同分频比，以所述参考频率源提供的参考频率为频率步进，在所述鉴相器配合下控制所述压控振荡器的输出频率。可选的，所述倍频模块包括第一二倍频器、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一带通滤波器、第二二倍频器、第二带通滤波器、本振放大器和低通滤波器；其中，所述第一带通滤波器与第二二倍频器形成高频倍频通路，第二带通倍频器形成低频倍频通路，其中，所述第一二倍频器，用于将所述锁相模块的输出信号进行倍频；所述第一单刀双掷开关，用于控制所述第一二倍频器输出的信号输出至所述第一带通滤波器或第二带通滤波器；所述第一带通滤波器，用于滤取接收到信号的低频信号，并将所述低频信号输出至所述第二二倍频器；所述第二二倍频器对接收到的低频信号进行倍频后输出至所述第二单刀双掷开关;所述第二带通滤波器，用于滤取所述锁相模块输出的高频信号，并将所述高频信号输出至所述第二单刀双掷开关；所述第二单刀双掷开关，用于控制所述第二二倍频器发送的信号或所述第二带通滤波器发送的信号输出至本振放大器；
所述本振放大器，用于接收并放大所述第二单刀双掷开关输入的本振信号；所述第一低通滤波器，用于滤取所述低频倍频通路或高频倍频通路所产生的额外噪声分量，输出本振信号至所述下变频器。可选的，所述二级接收装置包括功分单元，用于将一级接收装置输出的第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并通过多路通道输出所述多路中频信号至腔体滤波单元组；腔体滤波单元组，用于对接收到的每路中频信号进行频段划分，并将频段划分后的中频信号输出至平方率检波单元组；平方率检波单元组，用于对接收到频段划分后的每路中频信号进行平方率检波，控制输出带有天空亮温信息的电压信号的带宽；视频放大单元，用于对接收到平方率检波模块组输出的电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出至气象信息至微波高光谱数字处理与控制装置。可选的，所述腔体滤波单元组包括多个腔体滤波器，每个腔体滤波器为七阶椭圆腔体滤波器；所述平方率检波单元组包括多个检波器，每个检波器为二极管检波器；其中，所述腔体滤波器和检波器的个数相同；所述视频放大模块包括级联的两级运算放大器。可选的，所述微波高光谱数字处理与控制装置包括采集单元，用于采集微波高光谱辐射计中微波高光谱接收机单元输出的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据；并将所述电压信号和地表气象数据传输给所述微波高光谱数字处理装置；其中，所述地表气象数据包括微波高光谱晴空定标装置中黑体定标源的辐射温度、大气的绝对压强；微波高光谱数字处理单元，用于接收采集单元发送的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据；并将所述电压信号以及地表气象数据反演为气象参数曲线。可选的，所述采集单元包括高速数据采集单元，用于采集微波高光谱接收机单元输出的带有天空亮温信息的电压信号；全球定位单元，用于测量全球定位系统GPS数据，以便于对时钟进行定位；温湿度传感单元，用于检测地表的温度、湿度信息；
气压传感单元，用于检测地表的气压信息。可选的，所述微波高光谱数字处理单元包括神经网络数据处理单元，用于获取当地气象局多年公开的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；将所述大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线换算为第一大气亮温矩阵；并对所述第一大气亮温矩阵进行频谱压缩，得到压缩后的第一大气亮温矩阵；以及利用神经网络算法对压缩后的第一大气亮温矩阵进行训练处理，得到反演单元所需的已训练的微波高光谱神经网络，并存储所述已训练的微波高光谱神经网络；反演单元，用于根据所述神经网络数据处理单元已训练的微波高光谱神经网络将所述采集单元采集到的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据反演为气象参数曲线或大气廓线。可选的，所述神经网络数据处理单元包括
廓线收集单元，用于统计当地气象局多年公开的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；亮温模拟单元，用于将统计的所述大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线换算为大第一气亮温矩阵；所述第一大气亮温矩阵包括多年的高频谱分辨率的大气亮温信息；第一微波高光谱信息压缩单兀，用于对所述亮温模拟单兀输出的第一大气亮温矩阵进行频谱压缩，得到压缩后的第一大气亮温矩阵；神经网络训练单元，用于利用神经网络算法根据所述大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线对压缩后第一大气亮温矩阵进行训练处理，得到反演单元所需已训练的微波高光谱神经网络，并存储所述已训练的微波高光谱神经网络。可选的，所述神经网络训练单元包括输入端口，用于输入所述廓线收集单元所统计的当地大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；神经元，用于通过设定的神经网络利用输入端口输入的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线对压缩后的第一大气亮温矩阵进行迭代收敛，得到反演单元所需已训练的微波高光谱神经网络；输出端口，用于输出所述神经元迭代收敛后的已训练的神经网络。可选的，所述反演单元包括亮温数据处理单元，用于获取所述采集单元采集的大气亮温信息，根据所述大气亮温信息，产生第二大气亮温矩阵，并将所述第二大气亮温矩阵传输给第二微波高光谱信息压缩单元；第二微波高光谱信息压缩单元，对所述亮温数据处理单元输出的第二大气亮温矩阵进行频谱压缩，得到压缩后的第二大气亮温矩阵；神经网络处理单元，用于根据所述神经网络训练单元已训练的微波高光谱神经网络将所述第二大气亮温矩阵反演为气象参数曲线或大气廓线。可选的，所述微波高光谱数字处理与控制装置还包括控制单元，用于在所述采集单元采集到所述电压信号以及地表气象数据之前，启动所述转动平台控制装置控制微波反射镜装置的旋转角度；并控制所述微波高光谱接收机单元中一级接收机的频段通道选择；以及控制微波高光谱辐射计的人工操作或自动化操作。可选的，所述控制单元包括转动平台控制单元，用于控制微波反射镜单元转动到指定仰度和方位角，以便于所述微波反射镜单元与所述微波高光谱接收机单元连接的接收天线单元的中心一致；接收机控制单元，用于控制微波高光谱接收机装置中一级接收机的频段划分；现场操作单元，用于对微波高光谱辐射计的前置面板直接进行操作。可选的，所述微波高光谱数字处理与控制装置还包括远程操作控制单元，用于在所述采集单元采集微波高光谱辐射计输出的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据之前，接收远程发送的控制信号，根据所述控制信号控制所述微波反射镜装置的转动角度；以及控制所述微波高光·谱接收机装置中一级接收机的频段通道选择；以及控制微波高光谱辐射计的人工操作或自动化操作。由上述技术方案可知，本发明实施例中，利用一套转动平台装置调整微波反射镜装置的旋转角度，用于改变接收天线装置的工作波束指向，实现对不同仰角大气辐射谱线的测量。入射的微波能量通过微波反射镜装置反射到接收天线装置内，通过将微波反射镜装置进行360度旋转，改变天线波束的指向。此时天线波束的仰角可由俯仰角定位仪精确测得；当计算机或者远程计算机发出一系列微波辐射计的观测指令后，转动平台装置指示微波反射镜装置转动到指定的仰角和方位角。微波高光谱数字处理与控制装置将设置微波高光谱接收机装置到所需通道，同时命令微波高光谱接收机装置开始观测天空，然后将观测到的数据反演为气象参数曲线。也就是说，本发明采用微波高光谱辐射测量技术，将宽带高分辨率接收机技术与传统微波辐射计技术相结合，构成了一种高频谱分辨率、高灵敏度、低系统复杂度且扫描速度快的微波高光谱辐射计。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例提供的一种微波高光谱辐射计的第一种结构示意图；图IA为本发明实施例提供的微波反射镜装置的机构示意图；图2为本发明实施例提供的一种接收天线装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的微波高光谱辐射计的第二结构示意图；图4为本发明实施例提供的微波高光谱晴空定标单元的结构示意图；图5为本发明实施例提供的微波高光谱晴空定标单元工作时的定标波束示意图；图6为本发明实施例提供的微波高光谱接收机装置的结构示意图；图7为本发明实施例提供的一种微波高光谱辐射计中现场操作单元的结构示意图；图8为本发明实施例提供的一种微波高光谱辐射计中现场操作单元的界面示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1，为本发明实施例提供的一种微波高光谱辐射计的结构示意图，所述微波高光谱辐射计包括微波反射镜装置11、接收天线装置12、转动平台装置13、微波高光谱晴空定标装置14、微波高光谱接收机装置15、恒温装置16和微波高光谱数字处理与控制装置17，其中，所述微波反射镜装置11，受控于转动平台控制装置13，用于扫描并反射大气辐射信号给接收天线装置12 ；
其中，所述微波反射镜装置(或微波反射镜单元)的结构可以是硬铝材料的平面反射镜结构，其外型为圆形；该微波反射镜装置与转动平台控制单元连接，可以扫描并反射大气辐射信号给接收天线装置。其中，微波反射镜装置的结构示意图如图IA所示，所述接收天线装置12，用于接收所述微波反射镜装置11反射的大气辐射信号，并将所述大气辐射信号输出至微波高光谱接收机装置15 ；其中，所述接收天线装置(或接收天线单元)的结构为光壁圆锥喇叭结构，具体如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种接收天线装置的结构示意图；该接收天线装置的工作波束呈圆锥面，该圆锥面的轴线经过微波反射镜装置(或微波反射镜单元)的中心；该接收天线装置由波导接口连接于微波高光谱接收机装置(或微波高光谱接收机装置单元)。所述转动平台装置13，用于控制所述微波反射镜装置11的旋转角度，以便于所述微波反射镜装置11与所述接收天线装置12的中心一致；并将测量的角度信息传输至所述微波高光谱数字处理与控制装置17 ；所述微波高光谱晴空定标装置14，用于通过所述微波反射镜装置11指向的特定天空仰角控制定标波束，测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；根据设定天顶方向晴空背景的大气不透明度和所述大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；测量黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据；所述微波高光谱接收机装置15，用于接收所述接收天线装置12输入的高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号下变频为第一中频信号，放大所述第一中频信号，以及将放大后的所述第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并对所述多路中频信号中的每路中频信号进行频段划分后进行平方率检波，得到带有天空亮温信息的电压信号，放大并输出所述电压信号至微波高光谱数字处理与控制装置17 ；所述恒温装置16，用于使所述微波高光谱接收机装置15工作于恒定温度；其中，该恒温装置(或恒温单元)可以采用KLG—9000系列紧密鼓风干燥箱实现，它包括金属箱体、风道结构、加热模块、散热模块和温度控制器等这几个部分，其中，加热模块产生的热量通过风道结构在散热模块与箱体内物品进行循环，从而使箱内温度达到均匀，工作温度则由温度控制器进行控制。所述微波高光谱数字处理与控制装置17，用于接收所述微波高光谱接收机装置15输出的带有天空亮温信息的电压信号，以及采集大气廓线反演所需的实时地表气象数据，所述地表气象数据包括微波高光谱晴空定标装置中黑体定标源的辐射温度、大气的绝对压强；并将所述电压信号以及地表气象数据反演为气象参数曲线。还请参阅图3，图3为本发明实施例提供的微波高光谱辐射计的第二结构示意图，该实施例在图I实施例的基础上，其中，所述转动平台控制装置13包括伺服电机131和俯仰角定位仪132 ;其中，所述伺服电机131，用于控制微波反射镜单元的旋转；其中，伺服电机可以选用实时补偿型闭环控制伺服电机，它包括电机、电机驱动器、闭环控制器和编码器等几个部分。伺服电机用于控制微波反射镜装置的旋转。所述俯仰角定位仪132，用于实时测量所述微波反射镜装置的旋转角度，并将测量的角度信息传输至所述微波高光谱数字处理与控制装置。其中，所述俯仰角定位仪通过所连接的微波高光谱数字处理与控制装置进行角度控制。当微波反射镜装置旋转到天顶角度的时候，伺服电机中编码器发射一个脉冲信号给微波高光谱数字处理与控制装置，用于周期校准俯仰角度。该俯仰角定位仪可以选用二维重力感应器芯片实现，它连接于伺服电机，用于实时测量微波反射镜装置的旋转角度，俯仰角定位仪连接并传输角度信息与微波高光谱数字处理与控制装置。所述微波高光谱晴空定标装置14包括黑体定标源单元141、定标波束控制单元142和微波高光谱晴空定标单元143 ;其中，所述黑体定标源单元141，用于作为微波高光谱辐射计两点定标中的热定标源，提供大气的辐射温度，所述辐射温度取决于自身的物理温度，所述物理温度通过微波高光谱辐射计数字处理与控制装置中的温度传感器采集得到；并将所述物理温度发送所述微波高 光谱晴空定标单元143 ；其中，所述黑体定标源单元(或黑体定标源)可以包括锥形吸波材料和金属保温圆桶，并将所述锥形吸波材料放置于金属保温圆桶中，所述金属保温圆桶用于恒定吸波材料周围的物理温度。一种实施例中，所述黑体定标源单元(或黑体定标源)可以由三角锥形状的吸波材料和金属保温圆桶组成；该吸波材料可以采用角锥SA型聚氨酯泡沫吸波材料，但并不限于此。所述吸波材料放置于金属保温圆桶中，吸波材料的垂直反射率小于_20dB。该金属保温圆桶可以采用真空隔热层进行隔热，它的上方覆盖一层介电常数较低的透波材料。金属保温圆桶用于恒定吸波材料周围的物理温度，提高对黑体定标源的温度测量精度。其中，所述黑体定标源的物理温度可以由微波高光谱辐射计数字处理与控制装置中的温度传感器采集得到，温度精度达到0.1° C。本实施例中，黑体定标源用于作为微波辐射计两点定标中的热定标源，辐射温度取决于它的物理温度。所述定标波束控制单元142，用于作为微波辐射计两点定标中的冷定标源；通过微波高光谱辐射计的微波反射镜装置指向的九个特定天空仰角控制定标波束，并测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；将所述大气平均辐射温度发送给所述微波高光谱晴空定标单元；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。其中，所述定标波束控制单元所控制的定标波束为圆锥面波束，它通过微波高光谱辐射计的微波反射镜指向19.35°、23.4。,30. 15° ,41.85°、90。>138. 15°、149.85° >156.6°和160. 65°等九个特定天空仰角。这九个天空仰角满足天顶双边角度对称，用于补偿微波反射镜的角度转动误差。所述微波高光谱晴空定标单元143，用于设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；根据所述大气不透明度和所述定标波束控制单元发送的大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足 晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述微波高光谱晴空定标单元143包括数据库41，设定单元42，第一获取单元43，第一计算单元44，第二获取单元45，第二计算单元46、第三计算单元47和迭代计算单元48。其结构示意图如图4所示，图4为本发明实施例提供的微波高光谱晴空定标单元的结构示意图；其中，所述数据库41，用于存储气象数据和定标参数数据，其中，所述定标参数数据包括大气平均辐射温度、大气质量因子以及晴空定标模型的定标数据；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；其中，所述数据库可以包括气象资料数据库和定标参数数据库，其中，所述气象资料数据库，用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给定标参数数据库；其中，所述当地气象资料包括大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；所述定标参数数据库212，用于存储接收到的当地气象资料，以及当地高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。所述设定单元42，用于设定天顶方向晴空背景大气不透明度；所述第一获取单元43，用于从数据库中获取大气平均辐射温度；所述第一计算单元44，用于根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；所述第二获取单元45，用于获取黑体定标源的辐射温度；所述第二计算单元46，用于根据所述大气亮温和辐射温度两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；所述第三计算单元47，用于根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；所述迭代计算单元48，用于对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述迭代计算单元可以包括质量因子获取单元，归一化处理单元，系统计算单元，第一判断单元，第二判断单元，第一确定单元，斜率计算单元，发送单元和重新定标单元，其中，所述质量因子获取单元，用于从数据库中获取大气质量因子；所述归一化处理单元，用于根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；所述系统计算单元，用于计算所述归一化处理单元处归一化处理后的曲线的系数；所述第一判断单元，用于判断所述系统是否大于定标预设值，并将大于等于定标预设值的判断结果发送给第二判断单元；将小于定标预设值的判断结果发送给重新定标单元；所述第二判断单元，用于在接收到大于等于定标预设值的判断结果时，确定所述归一化处理后的曲线为直线，并继续判断所述直线是否经过原点，并将经过原点的判断结果发送给确定单元；将不经过原点的判断结果发送给斜率计算单元；所述第一确定单元，用于在接收到所述经过原点的判断结果时，将所述系统增益作为满足晴空定标模型新的定标数据；所述斜率计算单元，用于在接收到所述不经过原点的判断结果时，计算所述直线的斜率；所述发送单元，用于将所述斜率发送给设定单元；所述重新定标单元，用于在接收到所述小于定标预设值的判断结果时，重新进行定标；所述设定单元，还用于根据将接收到的所述斜率作为新的天顶方向大气不透明度；所述第二计算单元，还用于根据设定单元设定的新的天顶方向 大气不透明度重新计算系统增益。其中，迭代计算单元的迭代计算过程为从数据库中获取大气质量因子；根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；计算归一化处理后的曲线的系数；如果所述系数大于等于定标预设值，则所述归一化处理后的曲线为直线；判断所述直线是否经过原点，如果是，将所述系统增益作为满足晴空定标模型的定标数据；否则，计算所述直线的斜率，并将所述斜率设定为新的天顶方向大气不透明度，重新计算系统增益；如果所述系数小于所述定标预设值，则重新进行定标。其中，在该实施例中，所述定标预设值可以为O. 995，但并不限于此，还可以在此基础上，上下浮动O. 01-0. 1，本实施例不作限制。也就是说，根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化，对归一化后的曲线进行相关系数计算，若相关系数小于〈O. 995，则认为所测数据不符合晴空定标条件，需要微波辐射计重新进行定标；如果相关系数小于> O. 995，则可认为大气不透明度归一化后的曲线为直线；然后，判断这条直线是否过原点，如果直线没有过原点，则计算直线的斜率k ;将直线的斜率k设定为新的天顶方向大气不透明度；如果直线过原点，则满足大气微波高光谱晴空定标模型，跳出迭代循环；将微波辐射计系统增益作为新的定标数据存入微波高光谱辐射计的数字处理与控制装置中。可选的，所述微波高光谱晴空定标装置还可以包括传输单元，用于将迭代计算单元得到的满足晴空定标模型新的定标数据传输到所述微波高光谱数字处理与控制装置中。其中，在该实施例中，微波高光谱晴空定标单元143工作时的定标波束示意图如图5所示，图5为本发明实施例提供的微波高光谱晴空定标单元工作时的定标波束示意图。通过快速测量几个天空仰角的大气辐射，同时调整定标参数直到辐射计的系统输出符合当地的大气微波高光谱定标模型，从而得到辐射计各通道的系统增益。比如，定标波束的波束宽度为10度，天空仰角的角度误差小于O. I度。所述定标波束用于测量晴空背景的辐射温度，作为微波辐射计两点定标中的冷定标源，并将测量的辐射温度传输给微波高光谱晴空定标单元进行定标计算，其计算的过程详见下述。
也就是说，本实施例中的所述微波高光谱晴空定标单元可以通过微波高光谱晴空定标模型中所述微波高光谱晴空定标软件来实现，其中，该微波高光谱晴空定标软件基于微波高光谱晴空定标模型实现，该模型根据所在地区十年以上的气象统计数据建立。在微波高光谱晴空定标模型中，通过统计高光谱大气平均辐射温度和高光谱大气等效高度这两个参数来区分地区。它们由当地气象局获得的气象资料得到，所需气象资料包括气温廓线、气压廓线和水汽压廓线。所述微波高光谱晴空定标软件可以通过数据库和晴空定标模块来实现，也就是说，设定单元，第一获取单元，第一计算单元，第二获取单元，第二计算单元、第三计算单元和迭代计算单元可以集成在定标模块中。其中，所述数据库包括气象资料数据库和定标参数数据库。其中，所述气象资料数据库，用于存储某地区(比如北京市等)气象局公开的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线，它基于近1989 2011年的大气廓线数据统计而成。也就是说，气象资料数据库用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给所述定标参数数据库。
所述定标参数数据库，用于存储某地区(由北京市等)高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子组成。其中，大气吸收系数Ka可以采用大气MPM模型，由氧气与水气的线性谱线拟合近似得到的；其中，大气吸收系数Ka的计算公式为Ka(f) =0. 1820fN " (f)(I)其中，f为微波高光谱下的频率参数，N " (f)为大气复折射率的虚部，在晴空天气条件下，它包括了氧气、水气线性谱线的贡献；所述氧气与水气的线性谱线的贡献计算具体如下
4434~/)=Σ*·νΓ(.Α+Σ*￥Γ(/),
減(2)其中，Si表示第i条谱线的强度(KHz)，F(f)i是对应谱线的谱形函数(GHz—1)，f,为第i条谱线的频率。对于氧气吸收谱Si=IO^a1P Θ 3exp [a2 (I- Θ t) ] (3)
f I /.->I -f /ΛU )i =J..................￡...............................— -ZJ...............￡.............................]
/ γτ >%/ττS V
Ji Ji J iTi JilIi (4)其中K =10—%(/^广—- + Ι. ^}(5) Si S= I (广("；+ αβ, )ρθ^⑷θ t=300/(t+273. 15)(7)对于水气吸收谱Si. =10K3exp[%(卜 <9,)](8)
权利要求
1.一种微波高光谱辐射计，其特征在于，包括 微波反射镜装置，受控于转动平台控制装置，用于扫描并反射大气辐射信号给接收天线装置； 接收天线装置，用于接收所述大气辐射信号，并将所述大气辐射信号输出至微波高光谱接收机装置； 转动平台装置，用于控制所述微波反射镜装置的旋转角度，以便于所述微波反射镜装置与所述接收天线装置的中心一致；以及改变接收天线装置的工作波束指向，实现对不同仰角大气辐射谱线的测量，并将测量的角度信息传输至所述微波高光谱数字处理与控制装置； 微波高光谱晴空定标装置，用于通过所述微波反射镜装置指向的特定天空仰角控制定标波束，测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；根据设定天顶方向晴空背景的大气不透明度和所述大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；测量黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据； 微波高光谱接收机装置，用于接收所述接收天线装置输入的高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号下变频为第一中频信号，放大所述第一中频信号，以及将放大后的所述第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并对所述多路中频信号中的每路中频信号进行频段划分后进行平方率检波，得到带有天空亮温信息的电压信号，放大并输出所述电压信号至微波高光谱数字处理与控制装置； 恒温装置，用于使所述微波高光谱接收机装置工作于恒定温度； 微波高光谱数字处理与控制装置，用于接收所述微波高光谱接收机装置输出的带有天空亮温信息的电压信号，以及采集大气廓线反演所需的实时地表气象数据，所述地表气象数据包括微波高光谱晴空定标装置中黑体定标源的辐射温度和大气的绝对压强；并将所述电压信号以及地表气象数据反演为气象参数曲线。
2.根据权利要求I所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述转动平台控制装置包括 伺服电机，用于控制微波反射镜装置的旋转； 俯仰角定位仪，用于实时测量所述微波反射镜装置的旋转角度，并将测量的角度信息传输至所述微波高光谱数字处理与系统控制装置。
3.根据权利要求I所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述微波高光谱晴空测量装置包括黑体定标源单元、定标波束控制单元和微波高光谱晴空定标单元，其中， 所述黑体定标源单元，用于作为微波高光谱辐射计两点定标中的热定标源，提供大气的辐射温度，所述辐射温度取决于自身的物理温度，所述物理温度通过微波高光谱辐射计数字处理与控制装置中的温度传感器采集得到；并将所述物理温度发送所述微波高光谱晴空定标装置； 所述定标波束控制单元，用于作为微波辐射计两点定标中的冷定标源；通过微波高光谱辐射计的微波反射镜指向的九个特定天空仰角控制定标波束，并测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；将所述大气平均辐射温度发送给所述微波高光谱晴空定标装置；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度； 所述微波高光谱晴空定标单元，用于设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；根据所述大气不透明度和所述定标波束控制单元发送的大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。
4.根据权利要求3所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述微波高光谱晴空定标单元包括 数据库，用于存储气象数据和定标参数数据，其中，所述定标参数数据包括大气平均辐射温度、大气质量因子以及晴空定标模型的定标数据；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度； 设定单元，用于设定天顶方向晴空背景大气不透明度； 第一获取单元，用于从数据库中获取大气平均辐射温度； 第一计算单元，用于根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温； 第二获取单元，用于获取黑体定标源的辐射温度； 第二计算单元，用于根据所述大气亮温和辐射温度两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益； 第三计算单元，用于根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；迭代计算单元，用于对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。
5.根据权利要求4所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述迭代计算单元包括 质量因子获取单元，用于从数据库中获取大气质量因子； 归一化处理单元，用于根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理； 系统计算单元，用于计算所述归一化处理单元处归一化处理后的曲线的系数； 第一判断单元，用于判断所述系统是否大于定标预设值，并将大于等于定标预设值的判断结果发送给第二判断单元；将小于定标预设值的判断结果发送给重新定标单元； 第二判断单元，用于在接收到大于等于定标预设值的判断结果时，确定所述归一化处理后的曲线为直线，并继续判断所述直线是否经过原点，并将经过原点的判断结果发送给确定单元；将不经过原点的判断结果发送给斜率计算单元； 第一确定单元，用于在接收到所述经过原点的判断结果时，将所述系统增益作为满足晴空定标模型新的定标数据； 斜率计算单元，用于在接收到所述不经过原点的判断结果时，计算所述直线的斜率； 发送单元，用于将所述斜率发送给设定单元； 重新定标单元，用于在接收到所述小于定标预设值的判断结果时，重新进行定标；所述设定单元，还用于根据将接收到的所述斜率作为新的天顶方向大气不透明度； 所述第二计算单元，还用于根据设定单元设定的新的天顶方向大气不透明度重新计算系统增益。
6.根据权利要求4或5所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述晴空测量装置还包括 传输单元，用于将迭代计算单元得到的满足晴空定标模型新的定标数据传输到所述数字处理与系统控制装置中。
7.根据权利要求4所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述数据库包括气象资料数据库和定标参数数据库，其中， 所述气象资料数据库，用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给定标参数数据库；其中，所述当地气象资料包括大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线； 所述定标参数数据库，用于存储接收到的当地气象资料，以及当地高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。
8.根据权利要求I所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述微波高光谱接收机装置包括 一级接收装置，用于接收接收天线装置输入的大气辐射信号，所述大气辐射信号为高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号下变频为第一中频信号，放大输出所述第一中频信号至所述二级接收装置； 二级接收装置，用于接收放大后的所述第一中频信号，将所述第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并对所述多路中频信号中的每路中频信号进行频段划分后进行平方率检波，得到带有天空亮温信息的电压信号，放大并输出所述电压信号。
9.根据权利要求8所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述一级接收装置包括高频放大单元、镜像噪声滤波单元、下变频单元和中频放大单元，其中， 所述高频放大单元，用于接收天线输入的高频信号，放大并输出所述高频信号； 所述镜像噪声滤波单元，用于对高频放大单元产生的额外噪声分量进行滤波；对将要输出给下变频单元的高频信号进行预滤波，抑制镜像噪声；以及接收下变频单元发出的控制信号，根据所述控制信号控制所述高频信号输出至对应的腔体滤波器中； 所述下变频单元，用于接收所述镜像噪声滤波单元预滤波后的高频信号，对所述高频信号进行频段划分，并将频段划分的所述高频信号进行下变频处理，得到第一中频信号，输出所述第一中频信号； 所述中频放大单元，用于接收并放大所述第一中频信号，输出所述放大的第一中频信号至所述二级接收装置。
10.根据权利要求9所述的微波高光谱辐射计，其特征在于所述镜像噪声滤波单元包括第一微波开关、第二微波开关，以及多个多阶带通滤波器，其中，每个多阶带通滤波器的一端连接有第一微波开关，另一端连接有第二微波开关，所述第一微波开关还与高频放大模块和频率合成器连接，所述第二微波开关还与下变频模块中的下变频器和频率合成器连接；第一微波开关的开和关，以及第二微波开关的开和关，受所述频率合成器输出的控制信号的控制。
11.根据权利要求9所述的微波高光谱辐射计，其特征在于所述下变频单元包括频率合成器和下变频器，其中， 所述频率合成器，用于生成不同频率的本振信号，并输出所述本振信号给所述下变频器；以及生成控制信号，将所述控制信号输出至所述镜像噪声滤波单元； 所述下变频器，用于根据所述本振信号对所述高频放大模块输出的高频信号进行下变频处理，得到第一中频信号，并将所述第一中频信号输出给中频放大单元。
12.根据权利要求11所述的微波高光谱辐射计，其特征在于所述频率合成器包括锁相模块和倍频模块；其中， 所述锁相模块，用于将低频的参考频率源提供的参考频率倍频至中频频段； 所述倍频模块，用于依据频率合成器的所需的输出频率，根据所述参考频率选取低频倍频通路或高频倍频通路，输出满足预设带宽的本振信号。
13.根据权利要求12所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述锁相模块包括参考频率源、数字分频器、鉴相器和压控振荡器，其中， 所述参考频率源，用于提供标准的参考频率； 所述数字分频器，用于提供不同分频比，以所述参考频率源提供的参考频率为频率步进，在所述鉴相器配合下控制所述压控振荡器的输出频率。
14.根据权利要求12所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述倍频模块包括 第一二倍频器、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一带通滤波器、第二二倍频器、第二带通滤波器、本振放大器和低通滤波器；其中，所述第一带通滤波器与第二二倍频器形成高频倍频通路，第二带通倍频器形成低频倍频通路，其中， 所述第一二倍频器，用于将所述锁相模块的输出信号进行倍频； 所述第一单刀双掷开关，用于控制所述第一二倍频器输出的信号输出至所述第一带通滤波器或第二带通滤波器； 所述第一带通滤波器，用于滤取接收到信号的低频信号，并将所述低频信号输出至所述第二二倍频器； 所述第二二倍频器对接收到的低频信号进行倍频后输出至所述第二单刀双掷开关；所述第二带通滤波器，用于滤取所述锁相模块输出的高频信号，并将所述高频信号输出至所述第二单刀双掷开关； 所述第二单刀双掷开关，用于控制所述第二二倍频器发送的信号或所述第二带通滤波器发送的信号输出至本振放大器； 所述本振放大器，用于接收并放大所述第二单刀双掷开关输入的本振信号； 所述第一低通滤波器，用于滤取所述低频倍频通路或高频倍频通路所产生的额外噪声分量，输出本振信号至所述下变频器。
15.根据权利要求8至14任一项所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述二级接收装置包括 功分单元，用于将一级接收装置输出的第一中频信号等功率划分为多路中频信号，并通过多路通道输出所述多路中频信号至腔体滤波单元组； 腔体滤波单元组，用于对接收到的每路中频信号进行频段划分，并将频段划分后的中频信号输出至平方率检波单元组；平方率检波单元组，用于对接收到频段划分后的每路中频信号进行平方率检波，控制输出带有天空亮温信息的电压信号的带宽； 视频放大单元，用于对接收到平方率检波模块组输出的电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出至气象信息至微波高光谱数字处理与控制装置。
16.根据权利要求15所述的微波高光谱辐射计，其特征在于 所述腔体滤波单元组包括多个腔体滤波器，每个腔体滤波器为七阶椭圆腔体滤波器；所述平方率检波单元组包括多个检波器，每个检波器为二极管检波器；其中，所述腔体滤波器和检波器的个数相同； 所述视频放大模块包括级联的两级运算放大器。
17.根据权利要求I所述的微波高光谱辐射计，其特征在于所述微波高光谱数字处理与控制装置包括 采集单元，用于采集微波高光谱辐射计中微波高光谱接收机单元输出的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据；并将所述电压信号和地表气象数据传输给所述微波高光谱数字处理装置；其中，所述地表气象数据包括微波高光谱晴空定标装置中黑体定标源的辐射温度、大气的绝对压强； 微波高光谱数字处理单元，用于接收采集单元发送的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据；并将所述电压信号以及地表气象数据反演为气象参数曲线。
18.根据权利要求17所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述采集单元包括 高速数据采集单元，用于采集微波高光谱接收机单元输出的带有天空亮温信息的电压信号; 全球定位单元，用于测量全球定位系统GPS数据，以便于对时钟进行定位； 温湿度传感单元，用于检测地表的温度、湿度信息； 气压传感单元，用于检测地表的气压信息。
19.根据权利要求17所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述微波高光谱数字处理单元包括 神经网络数据处理单元，用于获取当地气象局多年公开的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；将所述大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线换算为第一大气亮温矩阵；并对所述第一大气亮温矩阵进行频谱压缩，得到压缩后的第一大气亮温矩阵；以及利用神经网络算法对压缩后的第一大气亮温矩阵进行训练处理，得到反演单元所需的已训练的微波高光谱神经网络，并存储所述已训练的微波高光谱神经网络； 反演单元，用于根据所述神经网络数据处理单元已训练的微波高光谱神经网络将所述采集单元采集到的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据反演为气象参数曲线或大气廓线。
20.根据权利要求19所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述神经网络数据处理单元包括 廓线收集单元，用于统计当地气象局多年公开的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线. 亮温模拟单元，用于将统计的所述大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线换算为大第一气亮温矩阵；所述第一大气亮温矩阵包括多年的高频谱分辨率的大气亮温信息； 第一微波高光谱信息压缩单元，用于对所述亮温模拟单元输出的第一大气亮温矩阵进行频谱压缩，得到压缩后的第一大气亮温矩阵； 神经网络训练单元，用于利用神经网络算法根据所述大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线对压缩后第一大气亮温矩阵进行训练处理，得到反演单元所需已训练的微波高光谱神经网络，并存储所述已训练的微波高光谱神经网络。
21.根据权利要求20所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述神经网络训练单元包括 输入端口，用于输入所述廓线收集单元所统计的当地大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线； 神经元，用于通过设定的神经网络利用输入端口输入的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线对压缩后的第一大气亮温矩阵进行迭代收敛，得到反演单元所需已训练的微波高光谱神经网络； 输出端口，用于输出所述神经元迭代收敛后的已训练的神经网络。
22.根据权利要求19所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述反演单元包括 亮温数据处理单元，用于获取所述采集单元采集的大气亮温信息，根据所述大气亮温信息，产生第二大气亮温矩阵，并将所述第二大气亮温矩阵传输给第二微波高光谱信息压缩单元； 第二微波高光谱信息压缩单元，对所述亮温数据处理单元输出的第二大气亮温矩阵进行频谱压缩，得到压缩后的第二大气亮温矩阵； 神经网络处理单元，用于根据所述神经网络训练单元已训练的微波高光谱神经网络将所述第二大气亮温矩阵反演为气象参数曲线或大气廓线。
23.根据权利要求17至22任一项所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述微波高光谱数字处理与控制装置还包括 控制单元，用于在所述采集单元采集到所述电压信号以及地表气象数据之前，启动所述转动平台控制装置控制微波反射镜装置的旋转角度；并控制所述微波高光谱接收机单元中一级接收机的频段通道选择；以及控制微波高光谱辐射计的人工操作或自动化操作。
24.根据权利要求23所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述控制单元包括转动平台控制单元，用于控制微波反射镜单元转动到指定仰度和方位角，以便于所述微波反射镜单元与所述微波高光谱接收机单元连接的接收天线单元的中心一致； 接收机控制单元，用于控制微波高光谱接收机装置中一级接收机的频段划分； 现场操作单元，用于对微波高光谱辐射计的前置面板直接进行操作。
25.根据权利要求17至22任一项所述的微波高光谱辐射计，其特征在于，所述微波高光谱数字处理与控制装置还包括 远程操作控制单元，用于在所述采集单元采集微波高光谱辐射计输出的带有天空亮温信息的电压信号以及大气廓线反演所需的实时地表气象数据之前，接收远程发送的控制信号，根据所述控制信号控制所述微波反射镜装置的转动角度；以及控制所述微波高光谱接收机装置中一级接收机的频段通道选择；以及控制微波高光谱辐射计的人工操作或自动化操作。
全文摘要
本发明提供一种微波高光谱辐射计，利用一套转动平台装置调整微波反射镜装置的旋转角度，用于改变接收天线装置的工作波束指向，实现对不同仰角大气辐射谱线的测量。入射的微波能量通过微波反射镜装置反射到接收天线装置内，通过将微波反射镜装置进行360度旋转，改变天线波束的指向。此时天线波束的仰角可由俯仰角定位仪精确测得；当计算机或者远程计算机发出一系列微波辐射计的观测指令后，转动平台装置指示微波反射镜装置转动到指定的仰角和方位角。微波高光谱数字处理与控制装置将设置微波高光谱接收机装置到所需通道，同时命令微波高光谱接收机装置开始观测天空，然后将观测到的数据传入计算机或远程计算机中，以将其反演为气象参数曲线。
文档编号G01J5/02GK102829874SQ20121029893
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者苗俊刚, 谢衍, 郑成, 赵海博 申请人:北京琨奇电子系统有限公司