地基多通道微波辐射计功能规格需求书.docx

1、地基多通道微波辐射计功能规格需求书（试行）中国气象局2013年5月2）接收器组件。包括滤波和检测等器件的接收电路，输出为数 字信号。2. 内部定标单元内部定标单元包括内部黑体定标组件和噪声源定标组件等内部定 标组件，具备实现包括黑体、噪声源、多点非线性自动定标等多种内 部定标功能。2. 2.1. 3数据采集与系统控制管理单元数据采集与系统控制单元由嵌入式处理器及其配套电路组成，实 现仪器控制、恒温控制、探测数据接收与储存等。在嵌入式处理器中 安装内部控制管理软件，实现对设备硬件控制和数据采集，并负责与 外部控制器之间的指令和数据交换。辅助单元辅助单元包括外部液氮定标组件、防雨雾干燥组件、地面气

2、象要 素观测组件、时间同步组件、红外辐射仪组件、机体、支架等组成。外部液氮定标组件：包括液氮容器和主机附着支架等，安装于主 体设备外部，数据输出到数据采集与系统控制单元。地面气象要素观测组件：包括温度、湿度、气压和雨雪传感器及 其采集电路，安装于主体设备外部，数据输出到数据采集与系统控制 单元。防雨雾干燥组件：包括鼓风机和加热器件。根据地面气象要素观 测组件观测信息，工作状态受数据采集与系统控制单元控制。时间同步组件：安装于主体设备外部，授时或定位数据输出到数 据采集与系统控制单元。红外辐射仪组件：安装于主体设备外部，数据输出到数据采集与 系统控制单元。机体，包括底板、机壳盖和微波辐射窗口防护

3、罩（即天线罩）等, 防护罩材料为疏水材质。支架。2. 2.2外围设备包括计算机和供电电源。1）供电电源：包括主机供电电源、防雨雾干燥组件和外部计算机 供电电源。2）外部计算机：包括主机、显示屏和相关通用配件，计算机安装 控制管理应用软件控制主体设备进行探测、定标和数据交换。2.3管理应用软件是安装于外部计算机的控制管理应用软件，实现微波辐射计的控 制、管理和数据采集，数据存储、查询、检索、显示和分析，并具备 打印、窗口查看、快捷操作和帮助查询等通用功能。3 .总体要求微波辐射计应测量准确，工作稳定、可靠和易维护维修。满足以 下总体要求：1）能全天候、自动长期稳定运行，在中雨以下可进行有效探测。

4、2）具备对对流层范围内的大气温度廓线、湿度廓线、大气柱积分 水汽量、大气柱积分云水含水量、云底温度和高度的探测能力。3）能开展边界层大气温度廓线的探测。4）日常运行过程中能实时内部自动定标，并具备不定期进行绝对 定标的能力。5）采用模块化结构设计，运行稳定可靠，易于安装和调校，维修 维护方便，可根据实际需要进行功能扩充。6）外部计算机应用软件设计符合要求，控制管理和数据处理功能 完备，操作界面简明，使用方便，能够满足操作人员对仪器和探测结 果进行控制管理和产品显示应用等要求。7）具备抗外界电磁干扰能力，不受电台和手机等射频信号干扰。8）设备环境适应能力强，机体结构合理，具被抗风和耐潮等的能 力

5、。9）整体构件和电气性能应满足防雷等安全规范要求。10）具备设备运行状态远程监控及报警等功能。4.功能要求4. 1主体设备4. 1. 1微波辐射接收单元能实现对大气微波水汽窗口和氧气窗口各通道亮温的探测。1）天线组件：实现对0180。范围内微波辐射的扫描和接收， 微波天线对准仪器内部黑体探测时实现自动黑体定标。2）接收器组件：完成大气水汽和大气氧气微波辐射信号的接收及 处理。5）自动定标功能。6）数据储存和数据处理：实现探测数据和状态参数等的存储。7）指令接收和数据传输：接收外部主机发出的指令，完成仪器 参数设置和控制指令执行，向外部计算机提交探测亮温数据用于产品 反演。8）断电自动恢复。辅助

6、单元微波辐射计通过辅助单元实现对地面气象要素和云特征等环境 变量进行探测，为反演提供初始值和算法修正参数；实现时间同步； 实现外部定标，配合内部定标组件实现绝对定标；实现对微波辐射窗 口防护罩雨雾的干燥洁净，减小水滴对于探测的影响等功能。具体包 括：1）微波辐射窗口防护罩干燥功能：采用风机和加热模块去除微 波辐射窗口防护罩（带有疏水涂层）上附着的水滴。在低湿无降水时 采用间歇鼓风方式以节省电力；在高湿和降水时，自动启加热系统， 确保探测数据连续不间断。2）地面气象要素探测功能：实现系统地面温度、气压、湿度和 降水降雪的观测。3）时间同步功能：能通过网络或导航卫星获取授时或定位信息, 实现在气象

7、业务网中与其他各类业务系统的时间同步。4）红外辐射探测功能：实现云底温度和云底高度的探测。5）外置液氮定标功能。4.2外围设备1）供电电源：实现单元防雨雾干燥组件和其他组件的单独供电。2）计算机：安装操作系统和应用管理软件，通过电缆和接口与 微波辐射计连接。4.3管理应用软件微波辐射计管理应用软件实现计算机和数据采集与系统控制单 元的数据交换，实现对系统的功能控制管理和、探测模式编辑、运行 状态监控，原始探测数据采集、数据的质量监控，探测产品的生成、 存储、备份，各种探测产品的查询、检索和显示分析。此外还具有打 印、窗口查看、快捷操作和帮助查询等功能。1）功能控制管理功能：实现对微波辐射计参数

8、采集和设置：包 括各组件工作参数设置和读取本地定位信息并设置探测站的区站号、 纬度、经度、海拔等台站参数的功能。2）运行状态监控功能：提供各组件运行状态、通信状态、供电 电压等信息显示，状态不正常时进行报警，并提供接口实现对系统各 组件的功能控制和管理。3）探测模式编辑功能：可以定义包括垂直天顶探测、固定仰角 探测、定标模式和其他复杂扫描模式探测和定时探测等探测模式。其 中，通过探测模式编辑可以实现多仰角分时观测，结合反演算法模型, 实现边界层大气温度高分辨率准确探测，即边界层探测模式；通过定 标模式的设置，可以开展包括黑体定标、噪声源定标和多点非线性自 动定标等内部定标功能。4）原始探测数据

9、采集功能：通过通信电缆接收数据采集与系统 控制单元输出的原始探测信息，包括地面气象要素和红外辐射仪等辅 助组件提供的探测数据。5）数据质量监控功能：实现对探测数据质量的自动检测并进行 相关标识的标注和显示。6）探测产品生成功能：利用原始探测数据，通过反演算法获得 探测产品。产品包括： 亮温：生成包含所有通道亮温数据序列产品。 垂直廓线：生成包含对流层温度廓线、边界层温度廓统（边界 层探测模式）、绝对和相对湿度廓线等数据产品。 时间序列产品：大气柱积分水汽量、大气柱积分云水含水量、 地面气象数据、云底温度和高度等产品。7）探测数据存储、查询、检索、显示和分析功能：实现各级探 测数据的存储、并实现

10、各种探测数据和产品的条件查询检索和图形显 示，并可根据用户需求扩充统计分析功能。8）内部数据文件存储和备份功能：根据用户需求对系统状态信 息数据、控制管理日志和其他内部数据文件进行存储和备份。9）打印、窗口查看、快捷操作和帮助查询等通用辅助功能。10）具有开放性和灵活性，具有标准化接口，可以提供业务观测 和状态数据的传输接口。5.技术性能指标及要求5.1基本探测性能根据气象业务的需求，微波辐射计基本探测性能应满足表1要求。表1微波辐射计基本探测性能指标积分时间最小积分时间Wls,积分时间用户可调廓线采样速率最低采样速率WlOs,采样速率用户可调亮温探测范围：0400 K测量误差：1K（绝对定标

11、后）稳定性：漂移WO. 1K/月湿度廓线垂直分辨率：W100 m (0-1000 m)W200 m (1000-2000 m)W400 m (2000-10000 m)测量误差：10% （相对湿度）温度廓线（天顶垂直探测模式）垂直分辨率：W50m (0-500 m)W150m (500-2000 m)W250m (2000-10000 m)测量误差：1.0 K温度廓线（边界层探测模式）垂直分辨率：W30m (0 500 m)W50 m (500 m1000 m)WlOOm (1000 m2000 m)测量误差：0. 5K (01000m)0. 8K (1000m2000m)云底高度测量误差：2

12、00 m (0-2000 in)5.2天线组件1）温度天线波束:1）温度天线波束:W5。；2）湿度天统波束:W7 ；3）旁瓣电平:3）旁瓣电平: = 夕+ % + % + % ,式中。为雨的吸收系数。所以,地基遥测到辐射亮温乙)为频率X和天顶角0,大气 的温度T(z),压强P(z)和水汽密度口参数以及云雨等大气信息的 函数，即知道以上参数就可以计算出亮温冗冷的值，这个过程称为 正向或前向问题。与此相反的，用测量到的几个频率v或天顶角0上 的几个rL(。)值作为反演算法的输入变量而得到感兴趣的大气参数变 量的过程称为反演过程。根据上述探测原理，地基多通道微波辐射计应能通过探测大气亮 温，结合使用物理方法和统计方法建立反演方法，能长期、自动、连 续的提供010km的温湿度廓线，并进而计算得出大气柱积分水汽量、 大气柱积分云水含水量等多种应用产品，满足气象业务和科研的实际 使用需求。2.2系统组成地基多通道微波辐射计硬件由主体设备和外围设备两部分组成， 组成结构如图1所示。其中，主体设备包含微波辐射接收单元、数据 采集与系统控制管理单元、内部定标单元和辅