本发明涉及一种差分大气水汽延迟量测量系统和方法。
背景技术：
星载分布式微波辐射计具有高空间分辨率优势，具有重要的应用价值，是目前微波无源遥感辐射计技术领域研究的热点。星载分布式微波辐射计由多个星载微波辐射计组成，各星载微波辐射计之间的间距从几十米到几公里不等。星载分布式微波辐射计对地面目标观测的相位信息是成像的关键。星载分布式微波辐射计对地遥感观测时，由于各微波辐射计距离较远，每个微波辐射计观测路径的大气成分不同，导致地面观测目标的辐射信号产生不同的延迟，引起相位发生变化，影响成像结果。
大气主要由干性成分和水汽两部分组成，干性成分变化较慢，可以精确建模，而水汽变化较快，难以建模，并且水汽引起的路径延迟较大，为此必须精确测量水汽导致的路径延迟，才能实现星载分布式微波辐射计的应用。精确测量水汽导致的绝对路径延迟难度较大，但星载分布式微波辐射计中的各微波辐射计对地面目标观测的相位信息仅与水汽导致的相对路径延迟有关。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种差分大气水汽延迟量测量系统和方法。
为解决上述问题，本发明提供一种差分大气水汽延迟量测量系统，包括：
天线；
分别与所述天线通信的定标系统和183ghz接收机；
与所述183ghz接收机通信的数据采集系统；
与所述数据采集系统通信的数据处理计算机；
与所述数据处理计算机通信的中心处理计算机。
进一步的，在上述系统中，所述天线，用于接收大气中水汽辐射的信号。
进一步的，在上述系统中，所述183ghz接收机带宽为8ghz。
进一步的，在上述系统中，所述183ghz接收机，用于对接收的信号放大、下变频。
进一步的，在上述系统中，所述数据采集系统，用于将8ghz带宽划分为4个通道，其中，每个通道带宽为2ghz，并对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分。
进一步的，在上述系统中，所述定标系统，用于将热源信号和冷空信号馈入系统。
进一步的，在上述系统中，所述数据处理计算机，用于对采集的数据进行定标处理，得到各通道的定标亮温。
进一步的，在上述系统中，所述中心处理计算机，用于通过无线传输接收各星载辐射计发送的亮温数据，计算各星载辐射计之间的差分水汽延迟量。
根据本发明的另一面，提供一种差分大气水汽延迟量测量方法，其特征在于，包括：所述方法包括：
1)位于各星载辐射计上的大气水汽延迟测量系统的天线指向观测区域；
2)定标系统开启，周期性馈入热源信号、冷空信号到183ghz接收机；
3)183ghz接收机放大、下变频水汽辐射的亮温信号、热源信号和冷空信号；
4)数据采集系统将8ghz带宽划分为4个通道，对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分，将积分后的数据发送给数据处理计算机；
5)数据处理计算机首先根据公式(1)、(2)、(3)对各通道数据进行处理，得到系统增益、偏置量和水汽辐射的亮温：
voff＝vhot-g×thot(2)
其中，g为各通道的系统增益、vhot和vsky为各通道测量的热源、冷空电压、thot和tsky为热源、冷空亮温、voff为各通道的电压偏置、tw测量得到的各通道水汽亮温、vw为测量大气水汽时各通道的电压；
6)各星载辐射计将数据处理计算机计算得到的各通道亮温数据发送给中心处理计算机；
7)中心处理计算机将接收到的各星载辐射计亮温数据与1号星载辐射计的亮温数据相减，得到每个星载辐射计的每个通道的差分亮温数据
8)中心处理计算机根据所观测区域的典型大气分层数据，按照大气传输模型计算得到各通道亮温变化
9)中心处理计算机根据公式(5)，计算每个星载辐射计的差分水汽延迟量δli，
其中，wk为各通道的权值。
与现有技术和背景技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明首次测量星载分布式微波辐射计的大气水汽延迟量。
2)本发明测量各星载微波辐射计之间的差分水汽延迟量，降低了系统的复杂性。
附图说明
图1是本发明一实施例的星载分布式微波辐射计的差分大气水汽延迟测量系统框图；
图2是本发明一实施例的用于星载分布式微波辐射计的差分大气水汽延迟量测量方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种差分大气水汽延迟量测量系统，包括：
天线；
分别与所述天线通信的定标系统和183ghz接收机；
与所述183ghz接收机通信的数据采集系统；
与所述数据采集系统通信的数据处理计算机；
与所述数据处理计算机通信的中心处理计算机。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述天线，用于接收大气中水汽辐射的信号。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述183ghz接收机带宽为8ghz。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述183ghz接收机，用于对接收的信号放大、下变频。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述数据采集系统，用于将8ghz带宽划分为4个通道，其中，每个通道带宽为2ghz，并对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述定标系统，用于将热源信号和冷空信号馈入系统。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述数据处理计算机，用于对采集的数据进行定标处理，得到各通道的定标亮温。
本发明的差分大气水汽延迟量测量系统一实施例中，所述中心处理计算机，用于通过无线传输接收各星载辐射计发送的亮温数据，计算各星载辐射计之间的差分水汽延迟量。
根据本发明的另一方面，还提供一种用于星载分布式微波辐射计的差分大气水汽延迟量测量方法，所述方法包括：
1)位于各星载辐射计上的大气水汽延迟测量系统的天线指向观测区域；
2)定标系统开启，周期性馈入热源信号、冷空信号到183ghz接收机；
3)183ghz接收机放大、下变频水汽辐射的亮温信号、热源信号和冷空信号；
4)数据采集系统将8ghz带宽划分为4个通道，对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分，将积分后的数据发送给数据处理计算机；
5)数据处理计算机首先根据公式(1)、(2)、(3)对各通道数据进行处理，得到系统增益、偏置量和水汽辐射的亮温：
voff＝vhot-g×thot(2)
其中，g为各通道的系统增益、vhot和vsky为各通道测量的热源、冷空电压、thot和tsky为热源、冷空亮温、voff为各通道的电压偏置、tw测量得到的各通道水汽亮温、vw为测量大气水汽时各通道的电压；
6)各星载辐射计将数据处理计算机计算得到的各通道亮温数据发送给中心处理计算机；
7)中心处理计算机将接收到的各星载辐射计亮温数据与1号星载辐射计的亮温数据相减，得到每个星载辐射计的每个通道的差分亮温数据
8)中心处理计算机根据所观测区域的典型大气分层数据，按照大气传输模型计算得到各通道亮温变化
9)中心处理计算机根据公式(5)，计算每个星载辐射计的差分水汽延迟量δli。
其中，wk为各通道的权值。
综上所述，为实现星载分布式微波辐射计对地高精度观测，需要精确测量大气水汽导致的信号延迟，提出用于星载分布式微波辐射计的差分大气水汽延迟量测量系统和方法。
本发明用于测量大气中水汽导致的各微波辐射计接收信号的差分时间延迟，属于航天微波无源遥感辐射计技术领域。该测量系统包括：天线、183ghz接收机、数据采集系统、定标系统、数据处理计算机、中心处理计算机等。天线用于接收大气中水汽辐射的信号；183ghz接收机带宽为8ghz，对接收的信号放大、下变频；数据采集系统将8ghz带宽划分为4个通道，其中每个通道带宽为2ghz，并对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分；定标系统用于将热源信号和冷空信号馈入系统；数据处理计算机对采集的数据进行定标处理，得到各通道的定标亮温；中心处理计算机通过无线传输接收各星载辐射计发送的亮温数据，计算星载辐射计之间的差分水汽延迟量。本系统和方法为星载分布式微波辐射计的大气水汽延迟测量提供了技术解决途径，具有高精度、高效率、成本低的优点。
具体的，可参照图1，建立测试系统，具体实施中测试系统包括：天线、183ghz接收机、数据采集系统、定标系统、数据处理计算机、中心处理计算机等组成。系统加电稳定后开始进行测试，测试步骤如下：
1)位于各星载辐射计上的大气水汽延迟测量系统的天线指向观测区域；
2)定标系统开启，周期性馈入热源信号、冷空信号到183ghz接收机；
3)183g接收机放大、下变频水汽辐射的亮温信号、热源信号和冷空信号；
4)数据采集系统采集信号，划分通道，对各通道的数据积分，将积分后的数据发送给数据处理计算机；
5)数据处理计算机首先根据公式(1)、(2)、(3)对各通道数据进行处理，得到系统增益、偏置量和水汽辐射的亮温。
voff＝vhot-g×thot(2)
其中，g为各通道的系统增益、vhot和vsky为各通道测量的热源、冷空电压、thot和tsky为热源、冷空亮温、voff为各通道的电压偏置、tw测量得到的各通道水汽亮温、vw，为测量大气水汽时各通道的电压。
6)各星载辐射计将数据处理计算机计算得到的各通道亮温数据发送给中心处理计算机。
7)中心处理计算机将接收到的各星载辐射计亮温数据与1号星载辐射计的亮温数据相减，得到每个星载辐射计的每个通道的差分亮温数据
8)中心处理计算机根据所观测区域的典型大气分层数据，按照大气传输模型计算得到各通道亮温变化
9)中心处理计算机根据公式(5)，计算每个星载辐射计的差分水汽延迟量δli。
其中，wk为各通道的权值，分别为0.1、0.4、0.4、0.1。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
1.一种差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，包括：
天线；
分别与所述天线通信的定标系统和183ghz接收机；
与所述183ghz接收机通信的数据采集系统；
与所述数据采集系统通信的数据处理计算机；
与所述数据处理计算机通信的中心处理计算机。
2.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述天线，用于接收大气中水汽辐射的信号。
3.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述183ghz接收机带宽为8ghz。
4.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述183ghz接收机，用于对接收的信号放大、下变频。
5.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述数据采集系统，用于将8ghz带宽划分为4个通道，其中，每个通道带宽为2ghz，并对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分。
6.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述定标系统，用于将热源信号和冷空信号馈入系统。
7.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述数据处理计算机，用于对采集的数据进行定标处理，得到各通道的定标亮温。
8.如权利要求1所述的差分大气水汽延迟量测量系统，其特征在于，所述中心处理计算机，用于通过无线传输接收各星载辐射计发送的亮温数据，计算各星载辐射计之间的差分水汽延迟量。
9.一种差分大气水汽延迟量测量方法，其特征在于，包括：所述方法包括：
1)位于各星载辐射计上的大气水汽延迟测量系统的天线指向观测区域；
2)定标系统开启，周期性馈入热源信号、冷空信号到183ghz接收机；
3)183ghz接收机放大、下变频水汽辐射的亮温信号、热源信号和冷空信号；
4)数据采集系统将8ghz带宽划分为4个通道，对每个通道检波，采集检波电压值，并对检波电压值积分，将积分后的数据发送给数据处理计算机；
5)数据处理计算机首先根据公式(1)、(2)、(3)对各通道数据进行处理，得到系统增益、偏置量和水汽辐射的亮温：
voff＝vhot-g×thot(2)
其中，g为各通道的系统增益、vhot和vsky为各通道测量的热源、冷空电压、thot和tsky为热源、冷空亮温、voff为各通道的电压偏置、tw测量得到的各通道水汽亮温、vw为测量大气水汽时各通道的电压；
6)各星载辐射计将数据处理计算机计算得到的各通道亮温数据发送给中心处理计算机；
7)中心处理计算机将接收到的各星载辐射计亮温数据与1号星载辐射计的亮温数据相减，得到每个星载辐射计的每个通道的差分亮温数据
8)中心处理计算机根据所观测区域的典型大气分层数据，按照大气传输模型计算得到各通道亮温变化
9)中心处理计算机根据公式(5)，计算每个星载辐射计的差分水汽延迟量δli，
其中，wk为各通道的权值。
技术总结