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微波辐射计简介

1946年，狄克(Dicke，R.H.)首先研制成diyi台测量微波辐射的装置，称为狄克式辐射计，现在各种微波辐射计都是在狄克型接收机基础上改进而成的，有零平衡型辐射计、双参考温度辐射计、自动反馈型辐射计、相关型辐射计、扫描型辐射计等。

微波辐射计是利用被动的接收各个高度传来的温度辐射的微波信号来判断温度、湿度曲线，能定量测量目标(如地物和大气各成分)的低电平微波辐射的高灵敏度接收装置。微波辐射计实质上就是一个高灵敏度、高分辨率的微波接收机。

微波辐射计原理

微波辐射计作为一种无源微波遥感仪器，正是根据自然界中所有物体都有辐射电磁波的原理而制成的。

表面辐射率为  (0≤  ≤1)、温度为  (  >0 K)的物体在整个电磁波的频谱上都会辐射出电磁波，其频谱与噪声相似，这种辐射称为热辐射，不同物体具有不同的热辐射频谱，有些物体辐射连续频谱，有些物体辐射离散频谱，通过测量和分析其辐射频谱，就可以区分不同物体。

微波辐射计特点

微波辐射计是一款被动式微波遥感设备，微波遥感起步晚于可见光和红外遥感。但相对于可见光和红外遥感器而言，微波辐射计能全天候、全天时工作。可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可在夜晚工作，但不能穿透云雾。

微波辐射计结构

微波辐射计主要由三部分组成，即提供空间分辨能力，能收集能量的天线；将收到的噪声功率转换为电压的接收机部分，记录和显示设备等。使用Z多的是锐方向束天线，共分反射天线、透镜天线和阵列天线三种。主要技术性能表现在温度分辨力和空间分辨力上。空间分辨力主要取决于天线孔径和波长。

微波辐射计分类

1、微波辐射计分频谱式和连续式两类

前者频率窄，工作于微波谐振线上，后者用于遥感具有宽广频谱特性的目标，微波辐射计在军事侦察、气象学、海洋学和天文学等领域中得到广泛应用。 

2、微波辐射计还可以分为图像型和非图像型

其中采用扫描天线的扫描微波辐射计就是图像型辐射计，其特点是天线可以对地面目标进行扫描探测，获取地面目标的微波辐射信息，把所获取的信息转换成以灰度等级显示的物体图像，扫描方式有两类：

（1）电扫描，如雨云5号和6号气象卫星上的电扫描微波辐射计；

（2）机械扫描，如雨云7号和海洋卫星1号上的扫描多通道微波辐射计和泰罗斯N号上的微波探测器。

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探测环境条件的要求

地基多频段微波辐射计是通过被动接收目标微波辐射量，经过反演得到目标参数的微波遥感器。周围物体，特别是周围高于辐射计的物体会使得反演的结果受的影响。为避免局部环境的微波辐射影响，对探测环境有如下要求：

（1）辐射计探测场地周围的建筑物、树木和其它遮挡物边缘与探测场地的距离，必须大于遮挡物高度的10倍以远。

（2）辐射计探测场地必须远离水库、江河湖海等大型水体，距离在3000米以上（对无法回避的特殊台站不受此限）。

（3）辐射计探测场地周围5米内不能有高过辐射计接收机的植物、堆放物或临时建筑。

（4）辐射计探测场地离铁路路基直线距离必须大于200米；离公路路基直线距离必须大于30米以远。

（5）辐射计探测场地周围50米范围内，不能有大型金属设备。如：化学反应塔、大型金属储罐、金属冶炼炉、停车场等。

（6）辐射计探测场地1000米范围内，不能有微波源。如：移动通信发射塔、无线电干扰台等。

探测场地的要求

探测场地的面积应大于于9平方米。场地应平整、均一，场地表面覆盖物可为草坪、裸露的地表、混凝土浇铸面、山石或瓷砖砌面。

探测场地应方便观测人员随时出入。

为保护场地内仪器设备安全和保证探测精度，探测场周围应建立隔离设施，以阻止0.5米高度以上生物的靠近。

工作室要求及设备安置

工作室面积不小于12平方米，室内应明亮洁净、通风、防尘。室温保持在5～28摄氏度，湿度不高于90%。配备必要的工作台、椅，仪器放置整齐，微机操作方便。仪器设备应采取相应防雷措施。

辐射计探测系统采用交流电源为220伏10%，50赫兹，并应从配电盘接专线供电，不得同其它电器混用。

必须接驳带有稳压功能的UPS电源，以防止电源非常规的波动对辐射计的影响。

必须有良好的接地线，以保证辐射计接收机的正常工作。

必须使用有跳闸保护的闸盒。

工作室内线路安装应符合供电部门的规定，确保用电安全，并做便于用电操作。

微波辐射计安装与使用注意事项

仪器开箱后，应先做联机试验，以检查运输过程中是否出现问题。无误后，再开始安装。

1、接收机安装与电缆连接

（1）本套产品对天线和机身要求有可靠的连接，如果运输过程中需要拆卸，从新安装时请保证牢靠；

（2）本套辐射计由220V交流市电供电，所有辐射计的供电端口为三芯，其中L波段接头较大，其它较小，请按电缆标号进行连接，小头电缆线可以通用；

（3）微波辐射计输出数据线由5芯线连至电脑串口（经由485转换），L波段接头较大，其它较小，请按电缆标号进行连接，小头电缆线可以通用；

（4）保证电缆线正确连接后，可以给辐射计上电，在计算机中打开对应频段的程序，点击“开始测量”按钮，即可工作。

2、数据采集器与电源的安装

地基大气探测微波辐射计由一台微机做为控制和数据存储。

为了便于操作，微机应安放在工作台的一侧，显示器面板的高度要与坐在工作椅上的操作人员的水平视线大致持平。微机后板的插座与墙壁要留有过道，便于拆装连接电缆。

UPS电源放在工作台的下面，交流电的插座应固定在工作台对面的墙上，以便工作人员操作。

3、系统接地要求

接地电阻小于5欧。该接地线不能与避雷接地网联在一起。

室内部分的接地线应接在交流市电的地线上；或者接到打入地下1.5米深的紫铜棒上，接地电阻小于5欧。

与微波辐射计应用相关文文章：

微波辐射计是用微波进行遥感，从而对地物进行探测的微波接收机，在探测大气、海洋、植被和土壤等方面有广泛应用，而数据处理与控制单元作为微波辐射计的重要组成部分，承担了所有的驱动及控制功能，对时序及精度要求十分严格。由于系统对可靠性要求较高，故采用单片机作为220 GHz微波辐射计数控单元的核心，通过精确的时序控制，实现了数据采集、天线控制、状态提取、串口通信等功能。同时，该数控单元具有功耗低，采样精度高，接口简便等特点。

微波辐射计工作原理

微波辐射计，是利用被动的接收，各个高度传来的温度辐射的微波信号来判断温度、温度曲线，是一款被动式地基微波遥感设备，微波遥感起步晚于可见光和红外遥 感。但相对于可见光和红外遥感而言，微波辐射计能全天候、全天时工作。可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可在夜晚工作，但不能穿透云雾。

微波辐射计是一种用于测量物体微波热辐射的高灵敏度接收机。通过测量天线接收到的辐射功率反演被观测目标的亮度温度；测量的物理量为亮度温度（K）。

辐射计天线接收的辐射能量来自地面物体的发射辐射和反射辐射，根据瑞利-金斯公式，物体发射的功率与温度成正比。物体的发射特性用辐射测量亮度温度表 征。表征微波辐射计性能的主要参数是温度分辨率（灵敏度）和空间分辨率（角分辨率）。

微波辐射计应用

微波辐射计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。探空气球会受到使用时间和空间的限制；天气雷达资料基本局限于降雨过程无降水时的欠缺；在离地面5公里范围内卫星遥 感数据存在较大的误差。被动式地基微波辐射计的出现，填补上述研究方法监测方面的空白，是其有效的补充手段。

微波辐射具有独立工作能力，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标准算法。主要应用如 下：对流层剖面的温度、湿度和液态水，天气和气候模型研究，卫星追踪（GPS，伽利略）湿/干延迟和湿度廓线，临近预报大气稳定性（灾害性天气检测），温 度反演检测、雾、空气污染，校准云雷达，湿/干延迟改正VLBI。下面以微波辐射计反演海表面温度为例做一介绍：

微波辐射计测量海表面温度的原理

微波的波长为0.1~100 cm，微波又可细分为毫米波、厘米波和分米波等。微波的特点是能穿透云雾，具有全天候工作特点。微波遥感分为主动微波遥感和被动微波遥感。

在不考虑大气中各种粒子的贡献时，微波辐射计探测到的海面亮温Tb(f)与海表面温度TS有简单关系。将瑞利-金斯定律代入公式，获得

T（f，θ，φ，TSST）=e (f，θ，φ) TSST (1)

式中：T(f，θ，φ，TSST)代表微波辐射计探测到的海面亮温；TSST是 海表面一个薄层海水的温度，它代表海表面的热力学温度，当然它与常规水桶采水法在一定深度取水测得的海表面温度略有差别。如果传感器位于海表面之上某一个 足够高度的平台例如飞机或卫星上，还要考虑大气校正，即在公式(1)中还要补充大气层空气自发辐射项和大气

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微波辐射计为什么要定标

定标精度不仅反映了微波辐射计的研制水平的高低，而且也影响微波辐射图像的解读和判读的准确度，定标是实现定量化微 波遥感的前提。微波福射计的定标是标定 微波辐射计输出（电压或电压数码）与输入噪声温度之间的定量关系的过程。现有常用的地基微波辐射计定标方法是采用液氮制冷的定标黑体和常温黑体完成两点定标，但是由于 液氮具有挥发性，不能满足长期实 时定标的要求，现有技术通常采用噪声源内定标的方式 来实现实时定标。

星载辐射计在轨定标采用星载定标体和冷空做为参考源 ，背景纯净，技术 成熟且定标精度高；而地基微波辐射计系统所处环境背景复杂，运行过程中没有冷空背景 作为高稳定的低温 参考源进行实时定标，因此地基微波辐射计定标比星载辐射计定标难度 要高，需要考虑的因素也很多。

微波辐射计原则

地基微波辐射计由于其工作环境（如气象站）通常不能保证长期有人专门值守， 因此传统的两点定标方法无法保证高频次进行，一般两点定标周期在3个月左右。这就对 地基微波辐射计的稳定性及内定标方法提出了严格的要求。由于地面环境的复杂性及用于地基辐射计内定标的噪声源稳定性等问题，国产地基微波辐射计由于系统稳定性达不到以 及国产噪声源的稳定性也不够高， 一般都不能满足定标周期3个月内还保持相对稳定及高 的探测精度的要求。

微波辐射计定标方法

1. 一种地基微波辐射计实时定标装置，其特征在于，所述装置包括：地基微波辐射计 (1)，diyi极化线栅（2)，左热源（3)，第 二极化线栅（4)，右热源（5)和下热源（6);以地基微 波辐射计（1)为ZX，所述diyi极化线栅（2)位于地基微波辐射计（1)的 左边，所述左热源 (3)位于所述diyi极化线栅（2)的左边；所述第二极化线栅（4)位于地基微波辐射计（1)的 右边，所述右热源 （5)位于所述第二极化线栅（4)的右边；所述下热源（6)位于地基微波辐 射计（1)的下方。

2. 根据权利要求1所述的地基微波辐射计实时定标装置，其特征在于，所述diyi极化 线栅（2)和第二极化线栅（4)为可旋转的极 化线栅。

3. 根据权利要求1所述的地基微波辐射计实时定标装置，其特征在于，所述左热源 (3)、右热源（5)和下热源（6)为温度恒定的 黑体。

4. 一种地基微波辐射计实时定标方法，所述方法基于权利要求1-3之一所述的地基微 波辐射计实时定标装置，所述方法包括：  步骤1)当所述地基微波辐射计（1)观测左边时，建立地基微波辐射计（1)左边的diyi 极化线栅（2)提供的辐射亮温的表达式：

微波辐射计定标总结

通过采用“数字增益波动自动补偿”接收机方案和温度补偿技术，通过测量参考源对应的输出和其物理温度的变化，进行增益 波动和温度补偿。利用精密电子电位器和程控自动增益控制器，YZ和补偿本机噪声引起的波动。因此，系统不需要频繁定标。

微波辐射计的定标工作，就是建立微波辐射计的输出数码值与输入亮度温度之间的关系。在微波辐射计的接收机中，采 用了平方律检波技术，所以输入与输出之间呈线性关系

只要提供两个温度源，通过解线性方程组，即可获得方程的定标系数。液氮对微波信号没有衰减，所以可以利用液 氮浸泡微波吸波材料获得低温源，考虑接收机天线的驻波，可获得78K的低温源。测量环境温度下微波吸波材料的物理温度，作为 高温源。分别记录高低温源对应的微波辐射计的输出，求解线性方程组获得定标系数，记录在定标系数文件中。

与微波辐射计使用相关文文章：
• 微波辐射计使用中常见故障
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