微波辐射计
微波辐射计的设计原理与应用
微波辐射计的设计原理与应用微波辐射计是一种用于测量微波辐射强度的仪器，其设计原理基于微波辐射的电磁波特性。
微波辐射计广泛应用于气象、通信、雷达、卫星通信等领域，用于测量和监测微波辐射强度，为相关领域的研究和应用提供关键数据。
微波辐射计的设计原理主要基于微波辐射的特性和电磁波的测量原理。
微波辐射是一种电磁波，具有特定的频率范围和波长。
微波辐射计通过接收微波辐射，将其转化为电信号进行测量和分析。
微波辐射计通常由天线、接收机、信号处理器和显示器等组件组成。
天线用于接收微波辐射，并将其转化为电信号。
接收机接收天线传输的电信号，并对信号进行放大和处理。
信号处理器用于进一步处理和分析信号，提取出所需的微波辐射强度数据。
显示器用于显示测量结果。
微波辐射计的应用非常广泛。
在气象领域，微波辐射计用于测量大气中的微波辐射强度，以了解大气中的水汽含量、云层特性等，对天气预报和气候研究具有重要意义。
在通信领域，微波辐射计用于测量和监测无线电通信中的微波辐射强度，以保证通信质量和安全性。
在雷达领域，微波辐射计用于测量和监测雷达系统中的微波辐射强度，提供数据支持和性能评估。
在卫星通信领域，微波辐射计用于测量和监测卫星通信中的微波辐射强度，以保证卫星通信质量和稳定性。
值得注意的是，微波辐射计的设计和应用需要考虑多种因素。
首先，天线的选择和设计对于微波辐射的接收至关重要，不同频率和波长的微波辐射可能需要不同类型的天线。
其次，接收机和信号处理器的性能和精度直接影响测量结果的准确性和可靠性。
此外，环境因素如温度、湿度、干扰等也会对测量结果产生影响，因此需要进行相应的校准和补偿。
微波辐射计是一种用于测量微波辐射强度的仪器，其设计原理基于微波辐射的电磁波特性。
微波辐射计广泛应用于气象、通信、雷达、卫星通信等领域，用于测量和监测微波辐射强度，为相关领域的研究和应用提供关键数据。
微波辐射计的设计和应用需要考虑多种因素，包括天线选择、接收机性能、环境校准等。
微波辐射计工作原理
微波辐射计工作原理介绍微波辐射计微波辐射计是一种测量微波辐射的设备。
它的工作原理是基于微波辐射与物质相互作用的规律。
微波辐射计广泛应用于气象、海洋、环境等领域，以及工业应用中的电磁辐射检测、安防等场合。
本文将从工作原理的分类入手，为您详细解释微波辐射计的工作原理。
根据微波辐射计的测量类型，可以把其工作原理分为：微波辐射亮度温度计、微波辐射探测器和微波辐射 GPM(DPR)。
一、微波辐射亮度温度计的工作原理微波辐射亮度温度计是一种用于测量地表和大气中的微波辐射温度的设备。
其工作原理是通过接收地表或大气中的微波辐射，然后将微波辐射转换成电信号进行测量。
微波辐射亮度温度计通常包括一个天线、一个前置放大器、一个减少剪切带影响的滤波器、一个线性功率放大器和一个检波器。
在工作流程中，微波辐射亮度温度计首先通过一组天线接收微波辐射，并转化为电信号，然后通过一个前置放大器增强信号的强度，进一步将信号经过滤波器进行去除杂音处理。
接下来，经过线性功率放大器处理后，信号将被检测器检测并解析成相应的辐射亮度温度。
最后，温度信息将根据用户需要，被传输到记录设备或显示屏上进行分析或打印。
二、微波辐射探测器的工作原理微波辐射探测器是一种用于检测微波辐射的设备。
它的工作原理是通过微波辐射发射器的发送信号，经过反射后被接收到探测器上，并转换为电信号进行分析，进而计算出与微波辐射相关的信息。
微波辐射探测器的工作流程是通过微波辐射发射器向目标发出一定频率的微波辐射。
发射器发出的微波辐射将被反射回来，然后被接收器接收，转换为电信号，并经过数字信号处理后，将被解码并显示微波辐射的相关信息，如目标的距离、轮廓、速度和角度等。
三、微波辐射 GPM(DPR)的工作原理微波辐射 GPM(DPR)是一种测量降雨的设备，可以通过微波辐射的反射来分析降雨的强度、空间分布和降雨面积等。
其工作原理是通过发送微波辐射信号，利用目标的反射回波信息，观测微波辐射信号的反演过程，并通过计算反演回波的形成参数，进而分析大气中的水含量和降雨的强度。
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
目录1微波辐射计应用场合与任务 (2)2微波辐射计组成与关键技术 (3)3微波辐射计研究热点与趋势（星载微波辐射计） (7)4关于微波辐射计发展的思考建议 (9)参考文献 (10)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。
国产微波辐射计性能分析
国产微波辐射计性能分析国产微波辐射计性能分析随着无线通信、雷达系统和卫星通信等技术的迅猛发展，对微波辐射计的需求也越来越大。
微波辐射计是一种用于测量和监测微波辐射的仪器，可以用于研究大气、遥感、通信和天文等领域。
在国内，制造商们也开始积极研发和生产国产微波辐射计，以满足市场需求。
在本文中，我们将对国产微波辐射计的性能进行分析。
通过对其技术参数和各项指标进行评估，可以评估其在实际应用中的性能和可靠性。
首先，我们将从测量范围和分辨率两个方面来考察国产微波辐射计的性能。
测量范围是指仪器能够测量的微波辐射强度的范围，通常以dBm或mW/cm²为单位。
较大的测量范围意味着仪器可以测量更强的微波辐射。
分辨率是指仪器能够区分的微小变化的能力，通常以dB或mW/cm²为单位。
较高的分辨率意味着仪器可以更准确地测量微小的微波辐射变化。
通过对这两个指标的评估，可以了解国产微波辐射计在接受不同强度和辐射变化的能力。
其次，我们将考察国产微波辐射计的精确度和稳定性。
精确度是指仪器测量结果与真实值之间的偏差，通常以百分比或dB为单位。
较小的精确度偏差意味着仪器的测量结果更接近真实值。
稳定性是指仪器重复测量相同条件下的微波辐射结果之间的一致性。
较高的稳定性意味着仪器的重复性更好。
通过对这两个指标的评估，可以了解国产微波辐射计的测量结果的可信度和稳定性。
最后，我们将考察国产微波辐射计的响应时间和耐久性。
响应时间是指仪器从接收到微波辐射信号到产生测量结果的时间间隔。
较短的响应时间意味着仪器可以更快地响应微波辐射变化。
耐久性是指仪器在长时间使用和极端环境中的耐用程度。
较好的耐久性意味着仪器可以在各种复杂条件下正常工作。
通过对这两个指标的评估，可以了解国产微波辐射计在实际使用中的反应速度和耐久性。
综上所述，通过对国产微波辐射计的性能分析，我们可以对其在实际应用中的优势和局限进行评估。
然而，需要注意的是，本文仅从技术参数和指标的角度来进行分析，并没有考虑实际场景中的应用效果，因此仍需要进一步的实践验证和用户反馈来验证其性能。
微波辐射计的原理应用
微波辐射计的原理应用1. 简介微波辐射计是一种用于测量大气中微波辐射能量的仪器。
它基于微波辐射与大气中的水汽、气溶胶等物质的相互作用而工作。
本文将探讨微波辐射计的原理和应用领域。
2. 原理微波辐射计的原理基于以下几点：2.1 微波辐射的产生微波辐射是指电磁波频率范围在300 MHz到300 GHz之间的波长。
微波辐射可由天体、地表和大气等产生，其中大气中的微波辐射主要来自太阳辐射、地表反射和大气散射。
2.2 微波辐射与大气的相互作用微波辐射在大气中与水汽和气溶胶等物质相互作用，产生吸收、散射和反射等现象。
这些相互作用受大气中的温度、湿度、气压等因素影响。
2.3 微波辐射计的测量原理微波辐射计通过向大气发送微波辐射，并测量其经过大气后的剩余能量来确定大气中的水汽含量、云的特性以及地表温度等。
测量原理基于微波辐射在大气中吸收和散射的特性。
3. 应用领域微波辐射计在以下领域有广泛的应用：3.1 大气科学研究微波辐射计可用于观测大气中的水汽含量、云的特性和温度等参数。
这对于气象预报、气候研究和大气模型验证等方面具有重要意义。
3.2 地表监测通过测量微波辐射在地表的反射和散射特性，可以获得地表的温度、植被覆盖度、土壤湿度等信息。
这对于农业、生态环境和水资源管理等方面具有重要应用价值。
3.3 卫星遥感微波辐射计可以搭载在卫星上，利用微波波段的辐射进行地球观测。
通过卫星遥感技术，可以实时、全球范围内获取大气和地表的微波辐射信息，为气象学、地球科学和环境监测等领域提供数据支持。
3.4 水文水资源监测微波辐射计可以用于监测水文水资源，例如测量大气中的水汽含量，预测降雨量和雪深等。
这对于水资源管理、洪涝灾害预警和水文模型的建立等有重要意义。
3.5 太空通信微波辐射计可以用于研究和优化卫星通信系统中的微波信号传输。
通过测量和分析大气中的微波辐射特征，可以提高卫星通信系统的可靠性和性能。
4. 总结微波辐射计是一种重要的大气和地球观测仪器，应用广泛。
PartII微波辐射计基本原理
传输线：物理温度通常也是 Tp ，信号损耗
Pin 因子L Pout
1。理想传输线L=1;
接收机： 现实接收机＝无噪声接收机＋等效热噪声源
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
全功率辐射计与Dicke辐射计
2)Dicke辐射计:
脉冲式的接收外来辐射。
Dicke开关交替地接通1、2两端， 在已知参考负载温度TR的情况下， （2）解决接收机内部噪声Tr和增益不稳定性 的影响。 VOA=kGs (TA+Tr) 利用两个输出VOA和VOB来 VOB=kGs (TR+Tr) （1）解决增益不稳定性的影响。 假设在一个开关周期内稳定，则 两信号之差 VOA=kGsTA， VOB=kGsTR， 与增益是否稳定有关! D= k(TA-TR) 假设在一个开关周期内稳定，则 与噪声 Tr无关，可以从中获得被测TA。若能 调整TR的值，使得两信号之差D=0，则得 TA = TR* VOA /VOB， TA =TR ，则与增益是否稳定无关！ 则与增益是否稳定无关！ 称此为平衡式Dicke辐射计。
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
• 天线方向性函数
1 F ( , ) 0 , 当在很小的主瓣立体角 M内
不在 M内
主瓣内，TB ( , ) 与方向无关，可用 TB ( 0 ,0 ) 表示。
Ar r R
2
或
r
Ar
R
2
bo.qian@, Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ. of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
微波辐射计使用手册
地基多频段微波辐射计使用手册（HSMR）目录1．产品简介 (1)2.接收机的原理与设计 (4)3. 操作步骤和软件使用 (6)3.1 软件功能 (6)3.2 单极化微波辐射计控制软件 (7)3.2 S波段双极化微波辐射计控制程序 (9)3.3 L波段双极化微波辐射计控制程序 (10)4．微波辐射计的定标 (12)5. 微波辐射计电缆连接标识 (13)6.微波辐射计安装与使用注意事项 (14)6.1 接收机安装与电缆连接 (14)6.2 数据采集器与电源的安装 (14)6.3 系统接地要求 (14)7. 探测环境条件要求 (15)7.1探测环境条件的要求 (15)7.2探测场地的要求 (15)7.3工作室要求及设备安置 (16)8. 常见故障分析 (16)1．产品简介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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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)
LN2 标定鉴定实验
• 刚做完LN2标定，液氮箱还在鞍上，还有足够的 液氮，底部没有凝结。 • 在标准运行模式下，按<>键选择B&L V320.prc， 回车 • 交替对着黑体和液氮低温体测12个通道的亮温 • 如果标定很成功，各通道亮温应该很接近77~80k • 如果想计算误差精确，运行时间需要半小时 ，然 后quit，打开level1文件，计算亮温误差 （T_observed-T_target）以及各通道的误差平均。
各命令的作用
• CNF 设定微波辐射计5个低级变量，例如观测 的积分时间 • TIP 在k波段（22~30Ghz）标定噪声二极管 的温度（Tnd） • BBC 标定所有通道的接受器温度（Trcv） • Sky1 执行地面气象观测以及指向的亮温 • Sky2 只执行指向的亮温观测 • Ret 天顶的亮温和地面气象观测，反演计算 出温度、湿度、液态水、水汽等
安装地点的选择
• 视野开阔的地方，天线的视野没有被山， 树林，建筑物之类的遮挡，无其他人接近 • 基座要牢固，保持三角架水平，能经受大 风。而且要远离污染源（马路和屋顶烟囱 之类），不然造成表面气象数据的偏差 • 电源线和RS232电缆线都有30米长，如果 可能，电脑放置在离仪器30米范围内
仪器的安装
TIP标定
• 标准运行模式下按<>键选择1min170.prc或者 tip_only.prc，回车 • 用excel打开yyyy-mm-dd_hh-mm-ss_tip.csv，用 函数average()以及stdev()计算五个通道的亮温 平均值以及标准差
• 在excel中画出五个通道亮温随时间的变化， 选出最稳定没什么噪声的时间段 • 然后计算这个时间段的平均值 • 将新算出来的平均值与以前的对比，误差 在0.5%以内 • 用记事本打开mp.cfg文件，将新的Tnd值替 代，并保存。
安装程序和软件
• 直接将光盘里的文件夹（运行代mp321.exe、 系统配置文件、目录文件、程序文件.prc以及 神经网络文件）复制到硬盘上 • 系统为windows 2000/XP,用数据电缆连接 COM1串口（如用了不同的串口，在mp.cfg文 件中修改并保存）
基本准模式，使用“<“或者”>”在各 prc文件中切换。 • 找到1min_170.prc，按enter • 这个prc文件每分钟做一次TIP标定，一次反 演廓线(包括温度湿度液态水水汽等廓线) • 并保存数据在level0, level1, level2 （这些文 件是逗号隔开可以用excel打开）。
每天的自动运行
• 在控制面板——性能和维护——任务计划 中添加运行程序，使之每天0点开始重复运 行 • 注意，在属性里，后面加上“空格 –r 空格 1min_170.prc,在setting里面把带钩的都去 掉
运行程序.PRC
• 可以用文本编辑器写，如记事本 • Relative 写在第一行，后面每行以00：00： 00开头可以计算各个命令运行的时间，方 便安排absolute命令的运行时间 • Absolute 写在第一行，可以编辑成每天都 运行的，固定时间hh:mm:ss上 • Repeat 在最后一行，如repeat 10000
仪器的标定
• LN2 calibration • TIP calibration
液氮标定LN
• 注意事项：1、盒子底部保持干燥干净 2、标定前至少开机半小时以上 3、安装鞍形物时，不用碰到防雨罩 4、做标定最好选择湿度低的天气 5、灌完液氮马上做标定，不要过太长时间 6、灌液氮的高度在黑色海绵上30~50mm