基于183 GHz机载微波辐射计探测水汽和云中液态水反演算法研究

基于机载微波辐射计GVR,以北京探空资料作为训练数据,机载对空微波辐射传输方程作为前向算子,建立基于BP神经网络和Decker模型基础上的积分水汽含量和液态水路径反演算法。与GVR自带算法相比,新算法增加观测高度作为输入变量,考虑温度对云水相态的影响建立新的云模型,对历史探空资料进行补全,增加积分高度至30 km。利用数值模拟检验、外场观测试验和观测误差传递分析对两种算法反演的积分水汽含量反演误差进行验证,结果表明:新算法和自带算法模拟计算的反演值与探空计算值相关系数分别为0.9988、0.9929,自带算法反演值普遍低于探空计算值;新算法和GVR自带算法反演的积分水汽含量统计均方根绝对误差分别为0.05~1.30 mm、0.2~3.0 mm,相对误差分别为1%~10%、4%~65%,新算法在6 km以下计算的积分水汽含量相对误差最小值为1%,整层高度上约75%的相对误差低于5%,而自带算法仅有不到1%的相对误差低于5%;以2016年11月20日观测个例为例,GVR仪器观测误差经过新算法和自带算法反演公式传递后造成的误差在3000 m高度分别为0.05 mm和0.06 mm,随水汽探测值增大(飞机高度下降),自带算法传递误差增大幅度明显高于新算法。选择2021年6月30日飞行个例,对两种算法反演的液态水路径反演误差进行验证,结果表明:在飞机上空无云时段,新算法和自带算法反演的液态水路径范围分别为0 mm、0~0.006 mm。误差分析表明,新算法可提升本地积分水汽含量和液态水路径反演精度。

FY-3C微波湿温探测仪118 GHz和183 GHz通道辐射特性仿真分析

我国第二代极轨气象卫星的第三颗星——风云三号C星(FY-3C)已于2013年9月发射.为探讨微波湿温探测仪大气探测通道对大气参数的探测能力,采用威斯康星大学的非流体静力学中尺度模式系统(UW-NMS)模拟Katrina飓风的基础数据集,结合微波辐射传输模式,正演模拟分析了微波湿温探测仪118 GHz和183 GHz通道的辐射特性.仿真结果表明118 GHz和183 GHz通道作为星载亚毫米波大气探测通道,能够提供更加精细的大气温度和湿度廓线信息;冰态粒子的散射作用可使(118.75±5.0)GHz和(183.31±7.0)GHz通道亮温分别下降108 K和76 K,新增的探测频点和通道能提升对云雨大气的探测能力;118 GHz和183 GHz通道亮温对云中各种水凝物粒子响应的模拟分析结果证明了这两组通道在云中水凝物分布特性反演方面的潜在探测能力;大气中雨水含量的增加可以导致(118.75±5.0)GHz通道亮温下降4.5 K,118 GHz对液态粒子特有的响应能力,显示了其作为降水反演频点的优势;大气中雪粒子含量的增加会使(118.75±5.0)GHz通道亮温下降10 K,可利用该通道探测云中的雪晶含量.

星载183GHz分谐波混频器的设计

文章采用TERATECH公司研制的肖特基二极管,设计了一种星载183GHz分谐波混频器。长9mm、宽0.42mm的混频器电路被放置在腔体中,包括波导过渡到微带的本振和射频频率匹配部分。仿真结果表明本振功率仅为3mW时,变频损耗在173GHz^193GHz频率范围内小于9dB,变频损耗幅度平坦度小于1dB。

毫米波段多层介质型频率选择表面设计与仿真

针对准光学馈电网络系统对高性能频率分离器件的需求,研究了一种工作于毫米波段的多层金属微结构介质型频率选择表面(FSS),可透射183GHz频段反射118GHz频段电磁波。设计了一种基于多层金属结构的介质型太赫兹FSS,由在多层Mylar膜(介电常数3.0,损耗正切值0.001)间镶嵌多层基本单元为方孔结构的金属铜,中心频率位于183GHz附近,对频率175~191GHz的电磁波表现为透射性,对112~124GHz的电磁波表现为反射性。用CST MWS软件仿真分析了介质层(Mylar胶)厚度和金属层数对频率选择表面传输性能的影响,并对结构参数进行优化。结果表明:当介质层厚度100μm,金属铜8层,周期306μm,线宽20μm,金属厚度20μm时,频率选择表面在相应频段内的插入损耗与反射损耗均小于0.3dB,同时118GHz处隔离度大于22dB,各项传输性能完全满足设计指标要求。