微波辐射计使用手册范本.doc

地基多频段微波辐射计使用手册（HSMR）市海思电子信息技术有限责任公司2011年10月目 录1．产品简介 12.接收机的原理与设计 43. 操作步骤和软件使用 63.1 软件功能 63.2 单极化微波辐射计控制软件 73.2 S波段双极化微波辐射计控制程序 93.3 L波段双极化微波辐射计控制程序 104．微波辐射计的定标 125. 微波辐射计电缆连接标识 136.微波辐射计安装与使用注意事项 146.1 接收机安装与电缆连接 146.2 数据采集器与电源的安装 146.3 系统接地要求 147. 探测环境条件要求 157.1探测环境条件的要求 157.2探测场地的要求 157.3工作室要求及设备安置 168. 常见故障分析 161．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,带损耗为2dB，过渡带损耗大于60dB系统原理框图如图2所示参考源H射频开关（H）带通滤波器低噪声放大器极化分离器接收天线射频开关（V）带通滤波器低噪声放大器参考源V本振低噪声放大器可变增益放大器低噪声前置中频放大器混频器低噪声放大器可变增益放大器低噪声前置中频放大器混频器本振数字控制单元平方律检波器A/D转换视频放大器A/D转换视频放大器平方律检波器图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所示表1 微波辐射计主要技术指标工作频率(GHz)1.4132.66.610.013.918.736.5中频带宽(MHz)20200400400400200400灵敏度(K，积分时间100毫秒)0.100.100.100.10.10.150.15灵敏度（K，积分时间1秒）0.040.040.040.040.040.050.05数据采集率100点/秒线性相关系数0.9999亮温测量围(K)150~ 500天线型式对角低副瓣喇叭天线接收机定标精度(K)0.2 ~ 1.0稳定度0.15K/day , 1.0K/(month) , 2.0K/(year)重量(kg)5566666体积200mm200mm350mm供电方式交流220伏接收机功耗(W)50505555556060数据终端Windows’XP/人机对话界面，接收机与主计算机通讯方式为RS232/422工作环境温度－20C～＋55C2.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： （1） （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： （3） （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： （5）如果，说明系统增益变大，将小于1。

用它乘以因系统增益变大而升高的，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为： （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. 操作步骤和软件使用地基多频段微波辐射计主控程序由VB6.0语言编制，采用多线程工作方式完成各项功能从提高软件可靠性和容错能力的角度，系统使主控机与下位机的串口设置保持一致、通信波特率保持相同考虑了超时差错及通信中断和参数修正等处理，并采用了数据累加和校验、关键字重发等措施由于接收机工作的状态不同，分别编制了三种操作软件L和S波段分别是独立型式的控制程序，C、X、Ku、K和Ka具有相同型式的控制程序(单极化微波辐射计控制程序)3.1 软件功能u 实时显示微波辐射计测量的数据：电压数码值、亮度温度值u 设备标定系数存储在“.txt”文件中，可以读取和修改；u 提供大气目标特征描述记录文件，辅助分析测量数据；u 根据操做者的指令，动态显示测量曲线，可以选取纵坐标显示的最大值和最小值；u 通过主界面的命令按钮可以选择需要显示的物理量；u 以十六进制的形式显示原始测量数据代码，便于判断设备是否处于正常工作状态，标准的字头位“OKTC”，如字头错误说明仪器有故障；u 图形的横坐标是时间序列，纵坐标是探测数据；u 实时指示鼠标位置对应的测量数值；u 根据数据通讯串口的连接选择串行通讯端口，软件自动判断微波辐射计两个通道输出的数据；u 辅助测量数据包括机箱温度探测数据和系统增益调整数据，供生产厂家维修设备使用，用户不需要使用该数据。

3.2 单极化微波辐射计控制软件为了方便操作，系统的主要工作流程控制由下位机自动完成，上位机数据终 图5 单极化微波辐射计主控程序界面端的主控程序完成数据接收、处理、显示和存储功能，所有程序均存储在“东北大学微波辐射计程序”目录中单极化微波辐射计主控程序界面如图5所示具体步骤如下：（1） 首先打开接收机，然后点击相应频率微波辐射计的控制程序“*.exe”文件，启动程序程序根据工作频率自动寻找数据文件夹，并根据启动时间标识文件名数据文件存储在“d:”盘的根目录“微波辐射计测量数据”中，其子目录包括各频段的测量数据如C波段的测量数据存储在“d:\微波辐射测量数据\C波段微波辐射计测量数据\”,在该子目录中包括“测量亮温值”、“测量数码值”和定标系数文件在定标系数文件中，包含了定标时的系数，每次定标后通过记事本更改定标系数，其中“KA=”为定标方程的截距，“KB=”为定标方程的斜率在“测量亮温值”文件中，存储测量日期、测量时间和亮度温度数据，供用户使用测量数码值”文件中，存储测量日期、测量时间、参考源测量值、天线亮温测量数码值、机箱温度测量数码值、自动增益AGC数值，该文件供仪器调试使用数据文件以“.dat”形式存储，可利用记事本、EXCEL等数据处理软件读取。

单极化辐射计数据格式说明如表2所示表2 单极化辐射计“测量数码值”数据文件格式说明列数容说明1日期：如 2011-10-152时间：如 20：25：153CREF。