地基多频段微波辐射计技术手册（HSMR）长春市海思电子信息技术有限责任公司2011年10月目录1 技术概况 (1)2 接收机的原理与设计 (4)3.1 技术要求和试验方法 (6)3.2 接收机通道的测试 (7)3.2.1噪声系数（A） (7)3.2.2 接收机线性度测量（A） (7)3.2.3 接收机灵敏度测量（A） (8)3.2.4 接收机中频带宽测试（A） (9)3.2.5 接收机工作频率测试 (9)3.2.6系统抽样进行环境试验 (10)3.3 设备检验 (10)3.3.1 常规检验 (10)3.3.2 交收检验 (10)4 标志、保管和运输 (10)5 软件技术条件 (11)5.1 软件平台 (11)5.2 软件功能 (11)6 微波辐射计电缆连接标识 (12)7 系统电磁兼容 (13)8 系统的可靠性设计 (13)9 系统接地要求 (14)10 探测环境条件要求 (14)10.1探测环境条件的要求 (14)10.2探测场地的要求 (15)10.3工作室要求及设备安置 (15)1 技术概况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,带内损耗为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,带内损耗为2dB，过渡带损耗大于60dB。

系统原理框图如图2所示。

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。

2 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：)(11REC S T T G V += （1）)(R E C A S A T T G V += （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：)(1''1REC S T T G V += （3）)(''REC A S A T T G V += （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：''11''AA V V V V =（5）如果1'1V V >，说明系统增益变大，'11/V V 将小于1。

用它乘以因系统增益变大而升高的'AV ，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''AV 为：(''RECA S A T T G V += （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技术条件本技术条件适用于地基多频段微波辐射计（以下简称本整件）供承研制方检验和订购方验收之用。

在检验前本整件应按其调试细则进行调试。

本整件应在下列环境条件下正常工作：工作温度：-20︒C~+55︒C存储温度：-40︒C~+60︒C相对湿度：95±3%（25︒C时）大气压力：不低于74.6kPa3.1 技术要求和试验方法（1）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。

）、天线、中低频处理单元、单片机主控单元。

试验方法：对照设计任务书查对符合性。

并用能保证达到设计文件规定的测量精度的仪器进行测量。

（2）本整件装配过程中所采用之成套产品，外购器材及元器件，应符合其相应的技术标准或技术条件，并附有入库检验合格证和印鉴。

半导体器件应按全机可靠性要求规定的筛选项目进行老化筛选。

试验方法：按规定核对证件，用外观法检查。

本整件内所有的零、部、整件均应有技术检验合格证。

（3）测试等级分四级：A级，为必测项，有较严格的指标要求，反映了分系统的技术性能；B级，为检查项，一般作为抽测项，主要原因○1，是该指标不是本系统技术要点，○2，是测试较烦琐；C级，为数据分析项；D级，为系统内部模块测试数据，是本套辐射计接收机系统关键部分的技术状态，是分系统维修的重要参数，不作为交验指标；交验时一般测A项。

3.2 接收机通道的测试3.2.1噪声系数（A）测试方法：系统噪声系数测试采用噪声测试仪，测试框图见图5：图5 噪声系数测试框图测试步骤：开机工作正常后，按图5首先将固态噪声源直接与噪声系数测试仪连接，进行系统校准；然后将微波接收前端组件连入测试系统，在工作中频带宽内以10MHz步进扫频测量。

说明事项：测噪声系数时，全机信号应全部连接。

测试结果如表2所示。

表2 多频段微波辐射计接收机噪声系数（dB）3.2.2 接收机线性度测量（A）本系统的接收机采用了低势垒肖特基平方律检波二极管组成高线性度检波器，线性相关系数为： 0.9999。

测试框图见图6所示低温冷源由液氮制冷，输出噪声温度为80.3K 。

图6 接收机线性度测试框图测试步骤： a. 记录环境温度；b. 改变精密可变衰减器的衰减量L,按照式（1）得到不同的噪声温度，在每一噪声温度点测量N 个输出电压值（N ≥20）； 0)11(T LL T T A B -+=（7）c. 将各点的噪声温度作为因变量，输出的电压平均值作为自变量，进行线性回归，即可得到线性相关系数。

微波辐射计的检波灵敏度为-55dBm 。

3.2.3 接收机灵敏度测量（A ）测试框图与线性度的测试框图一致，如图6所示。

测试步骤： a. 记录环境温度；b. 改变精密可变衰减器的衰减量L,按照式（1）得到不同的噪声温度，在每一噪声温度点测量N 个输出电压值（N ≥20）；d. 计算各点输入噪声温度对应的输出电压均值和方差，从中选取任意两个温度点的数据，按照式（8）计算灵敏度min T ∆。

)()(2min j i j i ji V V T T T -++=∆σσ （8）灵敏度测试结果如表3所示。

表3 多频段微波辐射计接收机灵敏度（K ）3.2.4 接收机中频带宽测试（A ） 测试框图见图7。

图7 接收机中频带宽测试框图测试方法：将匹配负载接入接收机前端，利用HP8592B 频谱仪测量主中频放大器输出的中频信号频谱，设置频率测量范围1MHz ~500MHz 。

记录中频频谱低频端低于最大值3dB 处的频率L f 和高频端低于最大值3dB 处的频率H f，接收机带宽为H f —L f 。

3.2.5 接收机工作频率测试 测试框图见图8。