微波辐射计技术手册
微波辐射计
运行mpv.exe,进入Manul Mode。进入主菜单，按3即开始标 定。直到用户按“Q” 退出。如果天气比较干燥，标定时间最好在1-1.5小时。如果 天气比较潮湿，箱体底部 有凝结现象，那么标定时间在半小时以内。
标定后
• 两种方法看结果 一、mp.cfg是最新的，自动将标定结果保存了， 旧的cfg文件名为日期时间.cfg.对比两者，看 12通道的温度差别（Tnd应该比较接近，12%的偏差） 二、打开yyyy-mm-dd_hh-mm-ss_ln2.csv，画 出各通道温度Tnd随时间变化。如果数值比较 稳定，没怎么变化，说明标定是好的
运行时的图像
• • • • • • 以下四个字母键对应不同的图像切换 P 看的是液水、温度、水汽的廓线 R 相对湿度的廓线 O TIP标定结果(K band Tnd and Opacity graphs) B 12个通道的亮温 廓线等都是实时的图像，横坐标为时间，纵坐标 为高度 • 按字母Q为退出运行程序
显示软件Vizmet
一些应用
• 了解作业高度的温度 • 云中液态含水量的多少 • 与卫星资料对比（云光学厚度，一小 时一次，看是否和总液态水量有关系 吗？） • 云底高度与云顶高度
2006年7月24日暴雨过程
微波辐射计 微波辐射计
主要内容
• • • • • 仪器的安装 基本操作方法 仪器的标定 显示软件 一些应用
仪器的安装
仪器的基本情况
• 重量29公斤 • 大小：50*28*76cm（加上了17cm的IRT高度） • 电源：微波辐射计100-250V /50-60Hz 200瓦 吹风机100-125V / 50-60Hz 100瓦 • 数据接口：RS232 38.4k波特 • 数据格式：ASCII CSV(逗号隔开文件，可以 用excel直接打开)
MP-3000微波辐射计气候资料数据质量控制方法研究
线进 行 了对 比 分析 。
【 关冀词 】 微波辐射计
温湿廓线
垂直分布
数据质量控制
０ 引 言
ＭＰ 一 ３ ０ ０ ０ Ａ微 波 辐 射 计 可 以 获得 高 分辨 率 的温 度 、 相 对 湿
强 对 流 天气 的重 要 参 考 依 据 。 【 １ ＿ 随着气候变化研究的深入 ， 科 学 家 更 加 迫 切 需 要 高质 量 、 长 序 列 的 资料 。然 而 ， 资 料 质 量 受 到 观测 仪 器 、 观测技术 、 测 站 位置 、 观测 时间 、 观 测 方 法 的影 响 ， 尤 其 是 长期 观 测 形 成 的地 面气 象 资 料 ， 各 种 非 气 候 因 素 造 成 的影 响 更 大 ， 使资料质量大 打折扣 。 对 于 ＭＰ 一 ３ ０ ０ ０微 波 辐射 计 ， 数据 质 量 对 研 究 及 在业 务 中 的应 用 都 具 有很 重要 的影 响 。传 统 的质 量 控 制 （ ＱＣ） 主要 根 据气象学 、 天气学 、 气候学原理 ， 以气 象 要 素 的 时 间 、 空 间 变化 规 律 和各 要 素 间相 互 联 系 的 规 律 为 线 索 ，分 析 气 象 资料 是 否
候分析 、 气 象 科 学 研 究 和 为 各行 各 业 服 务 的 基 础 。 目前 大气 探 测 主要 包 括 ： 地面观测 、 高空探测 、 特 种 观 测 和 遥感 探 测 等 。地
２ 微 波 辐 射 计 数 据 与 其 他 探 测 方 法 的 对 比
本 文 主 要 对 微 波 辐 射 所 获 得 的温 度 及 湿 度 垂 直 分 布 情 况
微波辐射计技术手册
地基多频段微波辐射计技术手册（HSMR）长春市海思电子信息技术有限责任公司2011年10月目录1 技术概况 (1)2 接收机的原理与设计 (4)3.1 技术要求和试验方法 (6)3.2 接收机通道的测试 (7)3.2.1噪声系数（A） (7)3.2.2 接收机线性度测量（A） (7)3.2.3 接收机灵敏度测量（A） (8)3.2.4 接收机中频带宽测试（A） (9)3.2.5 接收机工作频率测试 (9)3.2.6系统抽样进行环境试验 (10)3.3 设备检验 (10)3.3.1 常规检验 (10)3.3.2 交收检验 (10)4 标志、保管和运输 (10)5 软件技术条件 (11)5.1 软件平台 (11)5.2 软件功能 (11)6 微波辐射计电缆连接标识 (12)7 系统电磁兼容 (13)8 系统的可靠性设计 (13)9 系统接地要求 (14)10 探测环境条件要求 (14)10.1探测环境条件的要求 (14)10.2探测场地的要求 (15)10.3工作室要求及设备安置 (15)1 技术概况微波辐射计是宽频带、高增益、高灵敏度的被动微波遥感仪器，能够在很强的背景噪声中提取微弱的信号变化量。
通过接收被测目标自身的微波辐射获取相应的物理特性，经过有效的数据反演进行定量分析。
本套产品的微波辐射计主要包括7个频率的仪器，在微波频率划分上分别是L、S、C、X、Ku、K和Ka，具体设计对应频率为1.4GHz，2.65GHz，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz。
其中1.4GHz和2.65GHz为双极化天线，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz为喇叭天线，可以旋转机身转换极化测量，以求对岩石加载过程中微波多个频率点有深入细致的了解。
单极化接收各波段微波辐射计的原理框图如图1所示。
图1 微波辐射计接收通道原理框图双极化微波辐射计利用双极化接收天线同时接收目标的微波辐射信息，由线性极化分离器分别获取水平极化和垂直极化信息，经两路接收通道进行处理。
第七章微波辐射计
表1：各种卫星携带的微波辐射计的名称和波段特征
卫星
Nimbus-7 & Seasat-A
美国雨云7号和海洋 卫星A
传感器
SMMR (Scanning Multi-frequency Microwave
Radiometer) [美国] 多频率扫描微波辐射计
DMSP (Defense Meteorological Satel含云中的液
态水
不同波段的微波辐射计有不同的专长和用 途
按测量目的区分，微波辐射计可分为探测 仪和成像仪:
➢ 探测仪主要应用在气象卫星上，波段多选 择在氧气和水汽吸收带和附近频率，用于 测量大气垂直温度和湿度廓线，要求大尺 度低分辨率，通常采用垂直轨道扫描方式
➢ 成像仪主要应用在海洋卫星上，波段（C、 X、K波段）频率通常较低，分辨率要求较 高，通常采用圆锥形扫描方式。
10.7 (v,h) 19.4 (v,h) 21.3 (v,h) 37.0 (v,h) 89.0 (v,h)
6.8 (v,h) 10.7全极化 18.7全极化 23.8 (v,h) 37.0全极化
350 100 200 400 1,000 3,000
75 x 43 51 x 29 27 x 16 32 x 18 14 x 8 6x4
89.0 5km 3,000
1.1K
表4：AMSR Characteristics
Frequency(GHz)
6.9 10.65 18.7 23.8 36.5 89.0 50.3 52.8
Ground Resolution
50km
25km
15km
Bandwidth (MHz)
350 100 200 400 1,000
微波辐射计应用场合与任务资料
目录1微波辐射计应用场合与任务 (1)2微波辐射计组成与关键技术 (2)3微波辐射计研究热点与趋势（星载微波辐射计） (6)4关于微波辐射计发展的思考建议 (8)参考文献 (9)微波辐射计（英语：microwave radiometer，缩写为“MWR”）也称为“微波辐射仪”，是一种用于测量亚毫米级到厘米级波长（频率约为1-1000GHz）的电磁波（微波）的辐射计。
微波辐射仪能接收大气中的某些成分在一定频率上强烈辐射的微波，经过一定的转换方法，得到大气在垂直和水平方向上的气象要素分布，并且还可以探测到云状、云高以及目力无法观测到的晴空湍流。
此仪器携带方便，可增加探空网在时间和空间上的密度，能观测到大气的连续变化，不致漏掉范围较小但变化剧烈的天气系统。
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全球标准算法。
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，绝对校准云雷达，湿/干延迟改正VLBI技术。
HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册
HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册国家卫星海洋应用中心2011年5月更改页目录1 数据产品介绍 (1)1.1 产品级别划分 (1)1.2 产品文件命名 (1)1.2.1 一级产品文件命名 (1)1.2.2 二级产品文件命名 (1)2 一级数据产品 (2)2.1 数据处理流程 (2)2.2 L 1A数据格式 (3)2.2.1 产品数据结构 (3)2.2.2 产品头文件 (4)2.2.3 产品科学数据 (6)2.2.4 科学数据各参数介绍 (9)2.3 L 1B数据格式 (14)2.3.1 产品数据结构 (14)2.3.2 产品头文件 (14)2.3.3 产品科学数据 (16)2.3.4 科学数据各参数介绍 (19)3 二级数据产品 (19)3.1 数据产品制作流程 (19)3.2 L 2A数据格式 (20)3.2.1 产品数据结构 (20)3.2.2 产品头文件 (20)3.2.3 产品科学数据 (23)3.2.4 科学数据各参数介绍 (25)3.3 L 2B数据格式 (25)3.3.1 产品数据结构 (25)3.3.2 产品头文件 (26)3.3.3 产品科学数据 (28)3.3.4 科学数据各参数介绍 (31)3.4 L 2C数据格式 (31)3.4.1 产品数据结构 (31)3.4.2 产品科学数据 (31)1数据产品介绍国家卫星海洋应用中心将载荷的HY-2卫星校正辐射计0级数据经过预处理、重采样和数据反演分别生成1级、2级产品。
1.1 产品级别划分一级产品1A：经过时间标识和地理定位后的数据。
包括扫描时间，每扫描点地理定位；存储观测、定标计数的数据；天线温度校正系数，轨道运行状态、平台姿态等辅助信息；记录质量信息等。
1B：经过分pass，亮温计算，以及带有定位信息及描述信息的数据。
二级产品2A：经过亮温重采样的数据，将1B中观测亮温平均成每秒一次。
2B：经过反演计算，将2A数据反演成海洋大气物理产品，并且包含2A的亮温产品。
第6章 微波辐射测量
4) 波束效率与波束宽度
天线辐射方向图立体角为： 主波束立体角为：
M
P Fn ( , )d
4
( , )d F F ( , ) max
4
dP S r dA r 2 S r
dA F , d r2
主波束
Fn ( , )d
电子信息工程学院
电子信息工程学院
微波遥感分类
微波无源遥感
探测信息
微波遥感分类
微波有源遥感
探测信息
微波频段范围从300MHz到300GHz。 微 主要是对地物所辐射微波进行探测。
微波频段范围从300MHz到300GHz。主要是 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测 对地物所散射来自发射天线的的微波进行探测。
2).点源和面源
点源：辐射源对观测点（接收天线相位中心）所张的立体角小 接收天线 波束 体角 发射天线 于接收天线的主波束立体角。（发射天线）
3). 谱辐射量和谱功率
物质的热辐射不仅与温度有关，还与辐射波的频率有关。 物质在某绝对温度下，可辐射各种不同频率的电磁辐射，微波遥
（来自于张祖荫，微波辐射测量 技术及应用，1995）
ˆE ˆE E
H
1
ˆ E) (r
1 ˆ ˆE ) (E
功率密度：
S
2 1 1 2 ˆ ( E E ) Re( E H ) r 2 2
S
2 1 2 ( E E ) 2
•
点源辐射场表 式 点源辐射场表达式： （远场条件）
6) 弗里斯传递公式
2. 无源微波辐射测量基础
1). 辐射测量术语简介
功率密度和输入功率的关系 功率密度和输入功率的关系：
雷达Radar微波辐射计
•
•
•
§7.2.2 热红外遥感的海洋学应用
海表面温度（SST）是海洋学研究中最重要 的参数之一；几乎所有的海洋过程，特别 是海洋动力过程都直接或间接与温度有关。
热红外辐射计和微波辐射计观测得到的全球海表 面温度可应用与下列研究领域 （1）气候学 （2）全球海表面温度变化 （3）海表面温度异常 （4）天气预报 （5）大洋涡旋 （6）上升流 （7）海洋锋 （8）经济和渔业：
迈阿密大学提出的利用MODIS第31号和第32号热红外通道探测数据 的“迈阿密探路者”海表面温度算法MPSST（Miami Pathfinder SST algorithm）是 （7-1）
MODIS _ sst C1 C 2 T31 C3 T(31)(32) C 4 [sec( ) 1] T(31)(32)
Orbit
705 km altitude, sun-synchronous, 10:30 a.m. descending node
Swath
2330 km (cross track) by 10 km (along track at nadir)
Spatial 250 m (bands 1-2), 500 m (bands 3-7), 1000 m (bands 8Resolution 36)
美国宇航局卫星Seasat-A和 Nimbus-7携带的多频率扫描微波辐射计 SMMR在五个波段设有九个通道。 美国国防部DMSP系列卫星装载的专用传感器微波成像仪SSM/I在四 个波段设有7个通道。 美国EOS-PM （Aqua）卫星装载的日本高级微波扫描辐射计AMSRE在六个波段设有12个通道。 日本ADEOS-II卫星装载的高级微波扫描辐射计AMSR在八个波段设有 14个通道。 日本JERS-1卫星装载的热带降雨测量任务（Tropical Rainfall Measuring Mission）微波成像仪TMI（TRMM Microwave Imager） 在五个波段设有10个通道。
HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册
HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册国家卫星海洋应用中心2011年5月更改页目录1 数据产品介绍 (1)1.1 产品级别划分 (1)1.2 产品文件命名 (1)1.2.1 一级产品文件命名 (1)1.2.2 二级产品文件命名 (1)2 一级数据产品 (2)2.1 数据处理流程 (2)2.2 L 1A数据格式 (3)2.2.1 产品数据结构 (3)2.2.2 产品头文件 (4)2.2.3 产品科学数据 (6)2.2.4 科学数据各参数介绍 (9)2.3 L 1B数据格式 (14)2.3.1 产品数据结构 (14)2.3.2 产品头文件 (14)2.3.3 产品科学数据 (16)2.3.4 科学数据各参数介绍 (19)3 二级数据产品 (19)3.1 数据产品制作流程 (19)3.2 L 2A数据格式 (20)3.2.1 产品数据结构 (20)3.2.2 产品头文件 (20)3.2.3 产品科学数据 (23)3.2.4 科学数据各参数介绍 (25)3.3 L 2B数据格式 (25)3.3.1 产品数据结构 (25)3.3.2 产品头文件 (26)3.3.3 产品科学数据 (28)3.3.4 科学数据各参数介绍 (31)3.4 L 2C数据格式 (31)3.4.1 产品数据结构 (31)3.4.2 产品科学数据 (31)1数据产品介绍国家卫星海洋应用中心将载荷的HY-2卫星校正辐射计0级数据经过预处理、重采样和数据反演分别生成1级、2级产品。
1.1 产品级别划分一级产品1A：经过时间标识和地理定位后的数据。
包括扫描时间，每扫描点地理定位；存储观测、定标计数的数据；天线温度校正系数，轨道运行状态、平台姿态等辅助信息；记录质量信息等。
1B：经过分pass，亮温计算，以及带有定位信息及描述信息的数据。
二级产品2A：经过亮温重采样的数据，将1B中观测亮温平均成每秒一次。
2B：经过反演计算，将2A数据反演成海洋大气物理产品，并且包含2A的亮温产品。
第七章微波辐射计
水汽 冰云、冰、雪
19.35v, 22.235v, 37.0v 85.5v, 85.5h
植被监测
19.35v, 19.35h
表3 AMSR-E Characteristics
Frequency(GHz) Ground Resolution Bandwidth (MHz) Polarization Inclination Cross polarization Swath Dynamic Range Precision Sensitivity [NEΔT(K)] Quantization
根据基于小斜率近似的海面发射率模型seasurfaceemissivitymodelbasedsmallslopeapproximation风所引起的海面发射率变化e是741分别代表根据小斜率近似理论导出的在水平和垂直极化条件下的权重因子f是电磁波的频率亦即微波辐射计的工作频率是观测的天顶角是观测的方位角代表观测方向在海面的投影与风向之间的夹角故既是观测的方位角又代表风向是海水的复相对电容率k和代表所在积分方向上波浪的波数和方向积分方向上波浪与主波浪方向之间的夹角w从上述公式可以看到风所引起的海面发射率变化e通过风浪方向谱的模型wk与风速u10和风向相联系通过权重因子g的变化曲面图5
根据适合两介质界面处的基尔霍夫定律， 海面发射率e与菲涅耳反射率ρ关系是
eH () 1 H ()
eV () 1 V ()
(7-36) (7-37)
式中右下角的“H”和“V”分别表示水平极 化和垂直极化，θ是观测角。
在平静海面条件下，菲涅耳反射率ρ由第四章的公 式（4-56）和（4-57）给出。
表1：各种卫星携带的微波辐射计的名称和波段特征
卫星
Nimbus-7 & Seasat-A
第 五 讲 微波辐射计对地物亮度温度的测量
热辐射： 热红外8-14微米； 14微米； 微波1毫米-1米。
关于皮克工作和朗伯面的进一步讨论
对于关系式： 1 = α + r + τ
α 为吸收率， r 为反射率，
τ
为透射率。
入射 吸收 透射
反射
在Hale Waihona Puke 平衡状态下有：ε =αε
为发射率。
如果地表物体是不透明的，则：
ε = α = 1− r
按照皮克的观点，对于粗糙地物表面，散射是各个方向 都有的。这实际上把镜面反射、漫反射和透射统一起来认识了。
地物的热辐射微波亮度温度
根据瑞利－金斯定律： 考虑到一般物体出射度： 则一般地物的辐射亮度为： 定义：
Tb = ε .T
M b(υ , T ) = 2π
λ
2
kT
2π
M (υ , T ) = εM b(υ , T ) = ε
L=ε 2k
λ
2
kT
λ
2
T = εL b
为地物的亮温度，即地物
L= 2k
的微波辐射温度，则有：
天线的极化设置天线的极化设置天线的空间分辨能力天线的空间分辨能力微波辐射计的微波辐射计的空间分辨力是指空间分辨力是指能够分辨彼此相邻能够分辨彼此相邻很近两个相同辐射很近两个相同辐射体的能力通常用体的能力通常用刚好能够分辨的两刚好能够分辨的两个点源的夹角来表个点源的夹角来表示如果两个相同示如果两个相同点源的夹角大于天点源的夹角大于天线波束角的半功率线波束角的半功率宽度就可以分宽度就可以分辨
ΩA T b= ⋅ ∆T A ΩS
天空背景
大气 大气 大气
背景地物
地物
对于
T A=T b⋅ ΩS ΩA
第九章 微波辐射计
第四节 雷达
一、 雷达的波束宽度 二、 天线的方向参数 三、 辐亮度与温度的关系 四、 天线的传输函数
2
第一节 微波辐射计
一、微波辐射计简介
被动探测器： 被动探测器：接收地球表面发出的辐射 主动微波雷达－散射计、 主动微波雷达－散射计、高度计和合成孔径 雷达 全天候探测器： 全天候探测器：微波能穿透云层 可探测物理量： 可探测物理量： 海表面温度、盐度、风速、 海表面温度、盐度、风速、大气垂直温度和 湿度剖面、 湿度剖面、大气中水汽含量和可降水量
3
星载微波辐射计及其特征星载微波辐射计及其特征-1
卫星 传感器 波段(GHz)/通道 通道 波段 6.63/v, h 美国Seasat-A 美国 & Nimbus-7 多频率扫描微 波辐射计 SMMR 5波段 波段 9通道 通道 10.69/h 18.0/v, h 21.0/v, h 37.0/v, h 19.35/v, h 美国国防气 专用传感器微 象卫星DMSP 波成像仪 波成像仪SSM/I 象卫星 4波段 波段 7通道 通道 22.235/v 37.0/v, h 85.5/v, h 6.925/v, h 10.65/v, h 美国EOS美国 PM(Aqua) 日本高级微波 扫描辐射计 AMSR-E 6波段 波段 12通道 通道 18.7/v, h 23.8/v, h 36.5/v, h 89.0/v, h
：卫星观测天顶角 e ：海面发射率 Ts ：海表面温度 eTs ：海面亮温 高度z处大气温度 T ( z ) ：高度 处大气温度 kab ：大气吸收系数 t 海面0到高空h间大气层的透射率 ：海面0到高空 间大气层的透射率
θ
地基多通道微波辐射计功能规格需求书试行.docx
地基多通道微波辐射计功能规格需求书（试行）中国气象局2013 年 5 月目录1.概述 (1)2.系统原理和组成 (2)2.1系统原理 (2)2.2系统组成 (3)2.3管理应用软件 (6)3.总体要求 (6)4.功能要求 (7)4.1主体设备 (7)4.2外围设备 (10)4.3管理应用软件 (10)5.技术性能指标及要求 (12)5.1基本探测性能 (12)5.2天线组件 (13)5.3微波辐射接收单元 (13)5.4定标 (13)5.5数据采集与系统控制单元 (13)5.6辅助单元 (14)5.7电源 (14)5.8数据线缆 (14)5.9计算机 (14)5.10连续工作时间 (15)5.11平均功耗 (15)5.12可靠性 (15)5.13环境适应性 (15)5.14安全性 (16)5.15 结构和外观要求 (16)5.16 基本探测产品 (17)5.17 探测数据文件要求 (17)5.18 运行状态监控 (18)5.19 数据文件及格式说明 (18)6. 性能检测 (19)6.1 考核与评估 (19)6.2 探测误差评估方法 (19)6.3 强制评估内容 (19)附件产品数据文件格式 (20)1.概述为规范地基微波辐射计的研制和生产，制定本功能规格需求书。
地基微波辐射计（ Microwave Radiometer ）是基于大气微波遥感技术的气象观测设备，可实现对中尺度强天气系统大气层结的监测和预警、云物理特征的监测和人工影响天气科研及业务的应用、雾霾天气等边界层大气环境质量的监测，同时可作为常规高空观测的有益补充，为下一步实现无球探空技术打下基础。
地基微波辐射计在典型的微波V波段大气氧气窗口（51GHz-59GHz ）和微波 K 波段大气水汽窗口（ 22GHz-31GHz ）内选择合适的频率（在寒冷干旱的低水汽密度条件下也可选用微波183GHz 的水汽窗口反演水汽），通过对大气微波辐射的遥感测量，反演获得对流层大气温度、湿度廓线、大气柱积分水汽量、大气柱积分云水含水量等信息。
微波技术实验指导书word精品文档8页
微波技术实验指导书实验一微波测量系统的了解与使用实验性质：验证性实验级别：选做开课单位：信息与通信工程学院学时：2学时一、实验目的：1．了解微波测量线系统的组成，认识各种微波器件。
2．学会测量设备的使用。
二、实验器材：1．3厘米固态信号源2．隔离器3．可变衰减器4．测量线5．选频放大器6．各种微波器件三、实验内容：1．了解微波测试系统2. 学习使用测量线四、基本原理：图1.1 微波测试系统组成1．信号源信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备，微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。
常用微波信号源可分为：简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。
本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。
2．选频放大器当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时，用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。
它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大，然后再整为直流，用直流电表指示。
它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。
表头一般具有等刻度及分贝刻度。
要求有良好的接地和屏蔽。
选频放大器也叫测量放大器。
3．测量线3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。
开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。
4．可变衰减器为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定的衰减，衰减量固定不变的称为固定衰减器，可在一定范围内调节的称为可变衰减器。
衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。
实验中采用的吸收式衰减器，是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。
一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节，其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出（直读式），或者从所附的校正曲线上查得。
五、实验步骤：1．了解微波测试系统1．1观看如图装置的的微波测试系统。
AV2436微波功率计用户手册
目 录
第一章 概述 ........................................................................ 1 第一节 产品综述 ................................................................... 1 第二节 安全与环境保护 ............................................................. 1 第三节 内容安排 ................................................................... 4 第一篇 使用说明 ................................................................... 5
声明：
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编 者 2011 年 10 月
第二节 整机特点和主要功能 ......................................................... 64 第三节 仪器结构特点及环境适应性 ................................................... 65 第八章 主要技术指标................................................................ 67 第三篇 维修说明 ................................................................... 69
星载分步式一维综合孔径微波辐射计定标系统和方法
星载分步式一维综合孔径微波辐射计定标系统和方法1.背景介绍一维综合孔径微波辐射计(SMAP)是美国国家航空航天局(NASA)发射的卫星，用于测量地表土壤湿度的分布情况。
因为土壤湿度对气候模式以及农业生产等方面都有着极大的影响，所以SMAP项目具有很高的科研和应用价值。
然而，定量测量土壤湿度还需要进行辐射计的定标，以保证数据的准确性和可靠性。
本文介绍了一种常用的星载分步式一维综合孔径微波辐射计定标系统和方法。
2.SMAP定标系统介绍SMAP定标系统主要由三部分组成：气象站数据采集系统、辐射源以及微波辐射计。
其中，气象站数据采集系统用于实时采集气象数据，如湿度、气压等信息，以补偿数据中的非土壤水分的影响；辐射源用于提供已知强度的微波辐射，以建立辐射强度与土壤湿度之间的关系；微波辐射计用于测量辐射强度并记录下来，以供后续数据处理和分析。
3.SMAP定标方法SMAP定标方法主要分为两种，分别是旋转法和分步法。
旋转法通常用于测量低频段的辐射计，而本文重点介绍分步法。
分步法的基本流程如下：（1）首先，用辐射源提供一个已知强度的微波辐射信号；（2）将微波辐射计放置于固定位置，并记录下信号强度值；（3）将辐射源移动一段固定的距离，并再次记录下信号强度值；（4）重复步骤（3），直至辐射源覆盖了整个微波辐射计的范围；（5）根据辐射源的强度和微波辐射计的信号强度，建立辐射强度与信号强度之间的转化关系；（6）以此作为标准，测量土壤湿度时，将微波辐射计的数据转化成辐射强度，再根据之前建立的转化关系，计算出土壤湿度。
4.SMAP定标精度SMAP的定标精度关系到数据可靠性和应用价值，因此对于定标的精度要求也很高。
通常来说，SMAP的定标精度应在±1.5K以内，这需要在辐射源的选择、数据采集的处理以及数据分析等方面都进行精细化的操作。
通过精细化的定标以及其他手段的配合，SMAP可以较为准确地测量出全球范围内的土壤湿度。
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地基多频段微波辐射计技术手册（HSMR）长春市海思电子信息技术有限责任公司2011年10月目录1 技术概况 (1)2 接收机的原理与设计 (4)3.1 技术要求和试验方法 (6)3.2 接收机通道的测试 (7)3.2.1噪声系数（A） (7)3.2.2 接收机线性度测量（A） (7)3.2.3 接收机灵敏度测量（A） (8)3.2.4 接收机中频带宽测试（A） (9)3.2.5 接收机工作频率测试 (9)3.2.6系统抽样进行环境试验 (10)3.3 设备检验 (10)3.3.1 常规检验 (10)3.3.2 交收检验 (10)4 标志、保管和运输 (10)5 软件技术条件 (11)5.1 软件平台 (11)5.2 软件功能 (11)6 微波辐射计电缆连接标识 (12)7 系统电磁兼容 (13)8 系统的可靠性设计 (13)9 系统接地要求 (14)10 探测环境条件要求 (14)10.1探测环境条件的要求 (14)10.2探测场地的要求 (15)10.3工作室要求及设备安置 (15)1 技术概况微波辐射计是宽频带、高增益、高灵敏度的被动微波遥感仪器，能够在很强的背景噪声中提取微弱的信号变化量。
通过接收被测目标自身的微波辐射获取相应的物理特性，经过有效的数据反演进行定量分析。
本套产品的微波辐射计主要包括7个频率的仪器，在微波频率划分上分别是L、S、C、X、Ku、K和Ka，具体设计对应频率为1.4GHz，2.65GHz，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz。
其中1.4GHz和2.65GHz为双极化天线，6.6GHz，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz为喇叭天线，可以旋转机身转换极化测量，以求对岩石加载过程中微波多个频率点有深入细致的了解。
单极化接收各波段微波辐射计的原理框图如图1所示。
图1 微波辐射计接收通道原理框图双极化微波辐射计利用双极化接收天线同时接收目标的微波辐射信息，由线性极化分离器分别获取水平极化和垂直极化信息，经两路接收通道进行处理。
数字控制单元完成射频开关的控制，并将测量得到的原始数据通过串行通讯送到主计算机。
L、S波段属于微波遥感应用频率的低端，极易受到其它电磁辐射源的影响，因此需要在通道中增加高精度滤波器。
L波段采用了7阶契比雪夫带通介质滤波器，工作频带为1400MHz～1427MHz，过渡带宽15MHz,带内损耗为1dB，过渡带损耗大于60dB；S波段采用了5阶契比雪夫腔体滤波器，工作频带为2.65GHz～2.85GHz，过渡带宽20 MHz,带内损耗为2dB，过渡带损耗大于60dB。
系统原理框图如图2所示。
图2 双极化微波辐射计接收通道原理框图为了提高L波段双极化微波辐射计的抗干扰性，采用了电源与接收机分离的技术方案，即二者为两个独立结构的箱体单元。
单极化微波辐射计采用了标准矩形喇叭天线接收目标的辐射，双极化微波辐射计采用前馈式抛面天线型式，馈源为高性能的波纹喇叭，在近场的情况下，可以进行独立测量。
矩形喇叭天线的3dB波束角为15 ，增益18dB；抛物面天线的3dB波束角为15︒（L波段）、7.5︒（S波段），增益为25dB。
天线表面结构如图3所示。
图3 天线表面结构示意图系统的主要技术指标如表1所示。
2 接收机的原理与设计根据Planck 辐射定律，处于绝对零度以上的任何物体在所有的频率上均辐射电磁能。
一般认为，物体在微波波段向外辐射能量是由分子旋转和反转以及电子自转与磁场之间的相互作用产生的。
物体的微波辐射能量强弱首先与其本身性质有关，还与物体的温度和表面状态、频率、极化、传播方向等因素有关。
接收机采用数字增益自动补偿技术方案，系统框图如图4所示。
数字增益自动补偿微波辐射计是将一个基准参考源信号通过微波辐射计系统，在输出端检测出系统增益的变化量，用专门设计的数字单元控制系统，按此变化量去修正所接收目标的辐射量，达到系统增益不变的目的。
数字增益自动补偿微波辐射计由天线、射频开关，微波基准源，接收组件（射频放大器、中频放大器、平方律检波器、视频放大器及积分器）,A/D 变换，数字控制单元及显示等电路组成。
数字控制单元给出输入开关的控制信号，数字控制单元按此信号同步地分别采集基准源和天线接通时辐射计的输出信号进行处理。
当系统增益稳定时，基准源T1及天线与接收机相连时所对应的微波辐射计输出电压分别为：)(11REC S T T G V += （1）)(R E C A S A T T G V += （2）当系统增益变化时，基准源T1及天线与接收机相连接所对应的微波辐射计输出电压分别为：)(1''1REC S T T G V += （3）)(''REC A S A T T G V += （4）利用基准源T1通过系统后的输出电压检测系统增益的变化，对系统增益变化时天线输入所对应的输出电压进行补偿，其补偿式为：''11''AA V V V V =（5）如果1'1V V >，说明系统增益变大，'11/V V 将小于1。
用它乘以因系统增益变大而升高的'AV ，达到系统增益补偿的目的，反之亦然。
将（1）、（3）及（4）代入（5），可得补偿后的电压值''AV 为：(''RECA S A T T G V += （6）比较（6）式和（2）式可知，无论系统增益如何变化，经过补偿后系统的增益始终保持不变，从而达到稳定系统增益的目的。
图4数字增益自动补偿微波辐射计系统框图微波辐射计的最小可检测信号由系统噪声的不确定性和系统增益的不确定性共同决定，而系统增益起主要作用。
数字增益自动补偿微波辐射计能很好地实现增益补偿，使系统增益波动引起的不确定性趋于零，起到稳定系统增益的作用，从而达到提高微波辐射计灵敏度的目的。
在高灵敏度的需求下，为了避免控温装置电流切换引起的脉冲扰动，且在夏日太阳照射下机箱环境温度难以控制，数字增益自动补偿微波辐射计没有采用恒温源和控温方案，而采用与机箱具有相同温度的匹配负载作为参考源。
因此当辐射计长时间处于一个温度变化的环境中，当机箱温度随着环境温度发生变化时，辐射计参考源的噪声温度也会随着机箱温度的变化而改变，辐射计输出数据会随环境温度变化而变化，导致测量误差。
传统方法是采取环境温度变化修正方法对测量数据进行修正，从而保持系统的稳定。
在本系统的实施方案中采用计算机数字补偿技术。
该种型式的微波辐射计结构简单、工作稳定、调试方便，由于存储了多种原始数据便于进一步的数据处理，解决了其它型式微波辐射计存在的慢漂移问题，实现了高稳定、高灵敏度测量。
在辐射计输出的数据文件中，存储原始数据、修正后数据和辅助数据。
在接收机的设计中采用了温度补偿算法，确保了仪器的温度稳定性。
3技术条件本技术条件适用于地基多频段微波辐射计（以下简称本整件）供承研制方检验和订购方验收之用。
在检验前本整件应按其调试细则进行调试。
本整件应在下列环境条件下正常工作：工作温度：-20︒C~+55︒C存储温度：-40︒C~+60︒C相对湿度：95±3%（25︒C时）大气压力：不低于74.6kPa3.1 技术要求和试验方法（1）本套产品的微波辐射计主要包括7个频率的仪器，在微波频率划分上分别是L、S、C、X、Ku、K和Ka，具体设计对应频率为1.4GHz，2.65GHz，6.6GHz ，10.65GHz，13.9GHz，18.7GHz，37GHz。
）、天线、中低频处理单元、单片机主控单元。
试验方法：对照设计任务书查对符合性。
并用能保证达到设计文件规定的测量精度的仪器进行测量。
（2）本整件装配过程中所采用之成套产品，外购器材及元器件，应符合其相应的技术标准或技术条件，并附有入库检验合格证和印鉴。
半导体器件应按全机可靠性要求规定的筛选项目进行老化筛选。
试验方法：按规定核对证件，用外观法检查。
本整件内所有的零、部、整件均应有技术检验合格证。
（3）测试等级分四级：A级，为必测项，有较严格的指标要求，反映了分系统的技术性能；B级，为检查项，一般作为抽测项，主要原因○1，是该指标不是本系统技术要点，○2，是测试较烦琐；C级，为数据分析项；D级，为系统内部模块测试数据，是本套辐射计接收机系统关键部分的技术状态，是分系统维修的重要参数，不作为交验指标；交验时一般测A项。
3.2 接收机通道的测试3.2.1噪声系数（A）测试方法：系统噪声系数测试采用噪声测试仪，测试框图见图5：图5 噪声系数测试框图测试步骤：开机工作正常后，按图5首先将固态噪声源直接与噪声系数测试仪连接，进行系统校准；然后将微波接收前端组件连入测试系统，在工作中频带宽内以10MHz步进扫频测量。
说明事项：测噪声系数时，全机信号应全部连接。
测试结果如表2所示。
表2 多频段微波辐射计接收机噪声系数（dB）3.2.2 接收机线性度测量（A）本系统的接收机采用了低势垒肖特基平方律检波二极管组成高线性度检波器，线性相关系数为： 0.9999。
测试框图见图6所示低温冷源由液氮制冷，输出噪声温度为80.3K 。
图6 接收机线性度测试框图测试步骤： a. 记录环境温度；b. 改变精密可变衰减器的衰减量L,按照式（1）得到不同的噪声温度，在每一噪声温度点测量N 个输出电压值（N ≥20）； 0)11(T LL T T A B -+=（7）c. 将各点的噪声温度作为因变量，输出的电压平均值作为自变量，进行线性回归，即可得到线性相关系数。
微波辐射计的检波灵敏度为-55dBm 。
3.2.3 接收机灵敏度测量（A ）测试框图与线性度的测试框图一致，如图6所示。
测试步骤： a. 记录环境温度；b. 改变精密可变衰减器的衰减量L,按照式（1）得到不同的噪声温度，在每一噪声温度点测量N 个输出电压值（N ≥20）；d. 计算各点输入噪声温度对应的输出电压均值和方差，从中选取任意两个温度点的数据，按照式（8）计算灵敏度min T ∆。
)()(2min j i j i ji V V T T T -++=∆σσ （8）灵敏度测试结果如表3所示。
表3 多频段微波辐射计接收机灵敏度（K ）3.2.4 接收机中频带宽测试（A ） 测试框图见图7。
图7 接收机中频带宽测试框图测试方法：将匹配负载接入接收机前端，利用HP8592B 频谱仪测量主中频放大器输出的中频信号频谱，设置频率测量范围1MHz ~500MHz 。
记录中频频谱低频端低于最大值3dB 处的频率L f 和高频端低于最大值3dB 处的频率H f，接收机带宽为H f —L f 。
3.2.5 接收机工作频率测试 测试框图见图8。