一种星载高光谱多功能微波大气探测仪制造技术

本发明专利技术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。工作的电源。工作的电源。

A space borne hyperspectral multifunctional microwave atmosphere detector

【技术实现步骤摘要】
一种星载高光谱多功能微波大气探测仪


[0001]本专利技术属于微波遥感探测设备
，具体地说，涉及一种星载高光谱多功能微波大气探测仪。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的上述缺陷，本专利技术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；
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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。
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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。
[0015]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；
[0016]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；
[0017]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。
[0018]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；
[0019]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。
[0020]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；
[0021]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：
[0022]第一中频滤波器的中频信号为200
‑
600MHz；
[0023]第二中频滤波器的中频信号为2200
‑
2600MHz；
[0024]第三中频滤波器的中频信号为3200
‑
3400MHz；
[0025]第四中频滤波器的中频信号为3650
‑
3750MHz；
[0026]第五中频滤波器的中频信号为4200
‑
4400MHz；
[0027]第六中频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。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。3.根据权利要求2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
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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。4.根据权利要求2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。5.根据权利要求4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
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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
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600MHz；第二中频滤波器的中频信号为2200
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2600MHz；第三中频滤波器的中频信号为3200
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3400MHz；第四中频滤波器的中频信号为3650
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3750MHz；第五中频滤波器的中频信号为4200
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4400MHz；第六中频滤波器的中频信号为5200
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5600MHz；第七中频滤波器的中频信号为7200
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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

【专利技术属性】
技术研发人员：何杰颖，张瑜，陆浩，张升伟，王振占，李娜，刘广，栗晓鹏，王新彪，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：