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微波輻射儀
閱讀�5548時間�2020-10-21 08:54:48

微波輻射儀,也被成為微波輻射計,是一種用來接收在天線視場范圍�(nèi)的各種物體自身所輻射、散射或反射的微波噪聲能�,并把它等效變換成黑體溫度表示出來的一種無源微波遙感電子儀�。它具有能穿透云�、可日夜工作及受霧、雨、雪等氣象影響較小的�(yōu)�。此�,它還具有能觀察物體表層下特性能�,可得到紅外和可見光不能獲得的額外信��

工作原理

微波輻射儀是用微波進行遙感,從而對地物進行探測的微波接收機,在探測大氣、海�、植被和土壤等方面有廣泛�(yīng)�,而數(shù)�(jù)處理與控制單元作為微波輻射計的重要組成部�,承�(dān)了所有的�(qū)動及控制功能,對時序及精度要求十分嚴�。由于系�(tǒng)對可靠性要求較�,故采用單片機作�220GHz微波輻射計數(shù)控單元的核心,通過精確的時序控制,實現(xiàn)了數(shù)�(jù)采集、天線控制、狀�(tài)提取、串口通信等功能。同�,該�(shù)控單元具有功耗低,采樣精度高,接口簡便等特點。微波輻射計,是利用被動的接收,各個高度傳來的溫度輻射的微波信號來判斷溫度、溫度曲�,是一款被動式地基微波遙感�(shè)備,微波遙感起步晚于可見光和紅外遙感。但相對于可見光和紅外遙感而言,微波輻射計能全天�、全天時工作。可見光遙感只能在白天工�,紅外遙感雖可在夜晚工作,但不能穿透云�。微波輻射計是一種用于測量物體微波熱輻射的高靈敏度接收機。通過測量天線接收到的輻射功率反演被觀測目標的亮度溫度;測量的物理量為亮度溫�(K)。輻射計天線接收的輻射能量來自地面物體的�(fā)射輻射和反射輻射,根�(jù)瑞利-金斯公式,物體發(fā)射的功率與溫度成正比。物體的�(fā)射特性用輻射測量亮度溫度表征。表征微波輻射計性能的主要參�(shù)是溫度分辨率(靈敏�)和空間分辨率(角分辨率)。[2]

微波輻射儀測量海表面溫度的原理� 微波的波長為0.1~100 cm,微波又可細分為毫米�、厘米波和分米波�。微波的特點是能穿透云霧,具有全天候工作特�。微波遙感分為主動微波遙感和被動微波遙感� 在不考慮大氣中各種粒子的貢獻�,微波輻射計探測到的海面亮溫Tb(f)與海表面溫度TS有簡單關(guān)�。將瑞利-金斯定律代入公式,獲� T(f,�,�,TSST)=e (f,�,�) TSST (1) 式中:T(f,θ,φ,TSST)代表微波輻射計探測到的海面亮�;TSST� 海表面一個薄層海水的溫度,它代表海表面的熱力�(xué)溫度,當然它與常�(guī)水桶采水法在一定深度取水測得的海表面溫度略有差別。如果傳感器位于海表面之上某一� 足夠高度的平臺例如飛機或�(wèi)星上,還要考慮大氣校正,即在公�(1)中還要補充大氣層空氣自發(fā)輻射項和大氣透射率因子等� 根據(jù)基爾霍夫定律,平靜海面的�(fā)射率e與菲涅爾反射率ρ之間的�(guān)系是 e HV(f,θ,φ)=1-ρHV(f,�,�) (2) 式中:下標H和V分別表示電磁波的水平極化狀�(tài)和垂直極化狀�(tài);f為微波頻�;θ為觀測的天頂�,它代表�(wèi)星的觀測方向與海面法線之間的夾�,簡稱為觀測角或入射角;φ為方位角,它代表輻射儀觀測方向與�(fēng)向的夾角�

基本�(gòu)�

微波輻射儀實際上是一個接收無�(guī)則噪音信號的高靈敏度接收機。它所接收的信號是微弱的非相干的和不可控制的噪�,這種噪聲和接收機�(nèi)部元素器件產(chǎn)生的噪聲信號無本�(zhì)上的區(qū)別。為了測量出被接收到的外部噪�,就必須把內(nèi)部噪聲在終端�(chǎn)生輸出電壓消�,消去改電壓最有效的方法就是連續(xù)比較天線輸出和標準噪聲源的輸��

典型的微波輻射儀是由提空空間分辨力的微波天線、提供頻率選擇與放大的接收機、保證輸出電壓正比于接收電壓的輻射功率的平方律撿波器、消去內(nèi)部噪聲在終端輸出電壓并獲得輻射溫度輸出的信號處理器及對數(shù)�(jù)進行處理、記錄和顯示等設(shè)備組��

分類

根據(jù)輻射儀的用途和特點可以進行分類。按照工作環(huán)境可分為實驗室用、地面野外用、機載和星載輻射儀;按用途可以分為射電天�、大氣探測、測繪和跟蹤輻射儀;按照電路特點可以分為全功率式、調(diào)制式、相�(guān)式和相位開關(guān)式輻射儀;此外還可以分為帶鎖式開關(guān)和不帶鎖式開�(guān)兩類�

�(yīng)用場�

微波輻射儀主要用于中小尺度天氣�(xiàn)�,如暴風(fēng)雨、閃�、強降雨、霧、冰凍及邊界層紊�。對于短時間�(nèi)生成或消散的中小尺度天氣�(zāi)害,雖然只是地區(qū)性的,但部分事件危害性較大。在目前中尺度天氣現(xiàn)象監(jiān)測過程中,探空氣球和天氣雷達是常用的手段。探空氣球會受到使用時間和空間的限制;天氣雷達資料基本局限于降雨過程無降水時的欠�;在離地面5公里范圍�(nèi)�(wèi)星遙感數(shù)�(jù)存在較大的誤�。被動式地基微波輻射計的出現(xiàn),填補上述研究方法監(jiān)測方面的空白,是其有效的補充手段。微波輻射具有獨立工作能力,能在幾乎各種�(huán)境條件工�� 非常適合于自動天氣站。用于反演完整的大氣廓線,反演數(shù)�(jù)和原始數(shù)�(jù)全部保存。提供完備的顧客定制或全球標準算�。主要應(yīng)用如下:對流層剖面的溫度、濕度和液態(tài)�,天氣和氣候模型研究,�(wèi)星追�(GPS,伽利略)�/干延遲和濕度廓線,臨近預(yù)報大氣穩(wěn)定�(�(zāi)害性天氣檢�),溫度反演檢�、霧、空氣污�,絕對校準云雷達,濕/干延遲改正VLBI技�(shù)�

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