一种星载微波大气温度和湿度探测仪制造技术

本发明专利技术涉及一种星载微波大气温度和湿度探测仪，该探测仪包括：马达、天线与馈电单元、接收机单元、定标体、数据管理单元和供电单元；其特征在于，所述的天线与馈电单元，包括：两个天线反射面，该天线反射面为90°偏馈抛物面形式，分别设置在马达输出轴的两端，分别用于接收大气温度和湿度的亮温信号；所述的每个天线反射面的反射路径上各设置有一个极化栅网，用于实现探测频率的分离，经极化栅网分离为透射的水平极化波和折射的垂直极化波；其中，透射的水平极化波经馈源被接收机接收，折射的垂直极化波经二次反射面反射至馈源被另一接收机接收。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波遥感
中的大气温度和湿度探测仪，特别涉及一种星载微波大气温度和湿度探测仪。
技术介绍
星载微波大气温度和湿度探测仪是一种被动式的微波遥感器，也就是用于在卫星平台上对大气温度和湿度进行测量的微波辐射计。星载微波大气温度和湿度探测仪能够全天时、全天候地观测全球大气温度和湿度、水汽含量、降雨量等气象资料，以及热带气旋和台风等灾害性天气，在大气探测中具有重要作用；对全球气候及环境变化研究，提高天气预报的准确性，以及防灾减灾，减少台风暴雨等灾害性天气所导致的生命及经济财产损失具有重要应用价值。对于星载微波大气温度和湿度探测仪来说，除了探测精度高、系统工作稳定、可靠性高等要求以外，由于卫星平台空间尺寸、重量、功耗等资源的有限性，其小型化、低重量、 低功耗设计显得尤为珍贵。在此之前，国际及国内用于大气温度和湿度探测的星载微波辐射计皆采用独立的系统设计，也就是说分为大气温度探测仪和大气湿度探测仪两台功能单一的星载设备，相互独立，各自有独立的供电系统及数据管理系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种将大气温度和湿度探测功能集成为一体、高性能、低重量、低功耗、小型化的探测仪。为了实现上述目的，本专利技术设计了一种星载微波大气温度和湿度探测仪。所述的星载微波大气温度和湿度探测仪包括数据管理单元、马达、天线与馈电单元、接收机单元、定标体和供电单元；所述的数据管理单元，用于负责完成数据的量化采样，控制系统工作状态，向卫星数管计算机发送数据并进行通讯，接收并解译、执行卫星数管计算机的控制指令；所述的马达，用于在数据管理单元的控制下，带动天线反射面进行大气探测扫描及定标；所述的天线与馈电单元，接收大气及定标体的微波辐射；所述的定标体，用于提供卫星在轨运行环境下的亮温定标数据；所述的接收机单元，用于对天线与馈电单元接收到的微波辐射信号进行频率下变换、放大、滤波、检波、积分及低频放大处理；所述的供电单元，用于完成卫星一次母线电压与二次电压的DC/DC转换，为上述单元提供所需要的各路电压输出；其特征在于，所述的天线与馈电单元，包括两个天线反射面，该天线反射面为90°偏馈抛物面形式，分别设置在马达输出轴的两端，分别用于接收大气温度和湿度的亮温信号；所述的每个天线反射面的反射路径上设置有一个极化栅网，经极化栅网分离为透3射的水平极化波和折射的垂直极化波，其中，透射的水平极化波经馈源被接收机接收，折射的垂直极化波经二次反射面反射至馈源被接收机接收。所述的两路透射的水平极化波分别经馈源由118GHz接收机和183GHz接收机接收，两路折射的垂直极化波经过二次反射面的反射后经馈源由89GHz接收机和150GHz接收机接收；其中，89GHz和118GHz接收机构成大气温度探测仪，118GHz是主探测频率，探测要素为大气温度的垂直分布，89GHz是辅助探测频率，探测要素为卷云、液水含量和强降雨；150GHz和183GHz接收机构成大气湿度探测仪，183GHz是主探测频率，探测要素为大气湿度的垂直分布，150GHz是辅助探测频率，探测要素为卷云、液水含量和强降雨。所述的极化栅网采用准光学极化分离栅网实现探测频率的分离。所述的118GHz接收机包括混频器、前置中频放大器、功分器、主中放、滤波器、检波器、积分器、低频放大器。所述的118GHz接收机采用单一超外差射频前端中频、功分多路体制，首先由混频器完成射频至中频的频率下变换，然后经过前置中频放大后，由功分器分配为8个接收通道，通道数根据需要进行增加或者减少；然后由主中放放大后，经过带通滤波器选频实现多通道同步探测后由检波器完成中频至低频的转换，再经过积分器对低频信号进行平滑处理，最后经过低频放大输出至数字系统进行量化处理。所述的183GHz接收机采用5个接收通道，通道数可根据需要进行增加或减少；采用单一超外差射频前端、中频功分多路体制，利用带通滤波器选频实现多个通道同步探测。目前国内外在轨运行的星载微波大气湿度探测仪，183GHz接收机皆采用3个探测通道；本探测仪183GHz接收机采用了 5个探测通道，相对于3个探测通道而言探测更加细致，具有更高的探测精度。本专利技术的优点在于，星载微波大气温度和湿度探测仪不仅实现了大气温度和湿度的同步探测，满足了低功耗、低重量和小型化的要求，而且温度探测采用了 118GHz，与国内外目前采用的50-60GHZ相比具有更高的空间分辨率，183GHz采用了 5个探测通道，相对于国内外目前采用的3个探测通道而言探测更加细致，具有更高的探测精度，满足高性能探测的要求。附图说明图1大气温度和湿度探测仪系统框图；图289GHz接收机组成框图；图3150GHz接收机组成框图；图4118GHz接收机框图；图5183GHz接收机框图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的结构进行进一步详细的说明。该星载大气温度和湿度探测仪系统框图，如图1所示，该星载微波大气温度和湿度探测仪系统包括数据管理单元、马达、定标体、天线与馈电单元、接收机单元和供电单CN 102375161 A说明书3/5页 元。数据管理单元负责完成数据的量化采样，控制系统工作状态，向卫星数管计算机发送数据并进行通讯，接收并解译、执行卫星数管计算机的控制指令；马达在数据管理单元的控制下，带动天线反射面进行大气探测扫描及定标；定标体提供卫星在轨运行环境下的亮温定标数据；天线与馈电单元由天线反射面、极化栅网、二次反射面和馈源组成，天线反射面为90°偏馈抛物面形式，接收大气及定标体的微波辐射，经极化栅网分离为透射的水平极化波和折射的垂直极化波，其中透射波由118GHz和183GHz馈源接收，折射波经过二次反射面的反射后由89GHz接收机和150GHz接收机馈源接收。反射面和二次反射面的形状和尺寸，根据不同星载系统的具体要求进行设计，材料可选用LY12铝合金或根据不同卫星型号的设计和建造规范要求选用；接收机单元由89GHz、118GHz、150GHz和183GHz四个频率的接收机组成，其中89GHz和118GHz接收机构成大气温度探测仪，118GHz是主探测频率，探测要素为大气温度的垂直分布，89GHz是辅助探测频率，探测要素为卷云、液水含量和强降雨等；150GHz和183GHz接收机构成大气湿度探测仪，183GHz是主探测频率，探测要素为大气湿度的垂直分布，150GHz是辅助探测频率，探测要素为卷云、液水含量和强降雨等；供电单元完成卫星一次母线电压与二次电压的DC/DC转换，为上述五个单元提供所需要的各路电压输出。89GHz接收机框图，如图2所示，包括射频低噪放大器、混频器、中频放大器、滤波器、检波器、积分器、低频放大器。馈源接收到的信号，经过射频放大以后由混频器完成射频至中频的频率下变换，然后经过中频放大、滤波器选频以后由检波器完成中频至低频的转换，再经过积分器对低频信号进行平滑处理，最后经过低频放大输出至数字系统进行量化处理。150GHz接收机框图，如图3所示，与89GHz接收机的区别在于没有射频低噪放大器，而是采用直接混频接收体制，其他组成部件的功能与89GHz接收机对应的部件功能相同。118GHz接收机、183GHz接收机的组成形式与89GHz接收机和150GHz接收机不同。 1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张升伟，李靖，姜景山，孙茂华，王振占，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：