高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

风云三号(D)气象卫星微波湿温度计系统建模和仿真

段永强 王振占 张升伟

段永强, 王振占, 张升伟. 风云三号(D)气象卫星微波湿温度计系统建模和仿真[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(6): 1549-1556. doi: 10.11999/JEIT190507
引用本文: 段永强, 王振占, 张升伟. 风云三号(D)气象卫星微波湿温度计系统建模和仿真[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(6): 1549-1556. doi: 10.11999/JEIT190507
Yongqiang DUAN, Zhenzhan WANG, Shengwei ZHANG. Modeling and Simulating of Microwave Humidity and Temperature Sounder Onboard the FY-3(D) Satellite[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(6): 1549-1556. doi: 10.11999/JEIT190507
Citation: Yongqiang DUAN, Zhenzhan WANG, Shengwei ZHANG. Modeling and Simulating of Microwave Humidity and Temperature Sounder Onboard the FY-3(D) Satellite[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(6): 1549-1556. doi: 10.11999/JEIT190507

风云三号(D)气象卫星微波湿温度计系统建模和仿真

doi: 10.11999/JEIT190507
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFB0504900)
详细信息
    作者简介:

    段永强:男,1993年生,博士生,研究方向为微波辐射计系统设计与仿真

    王振占:男,1969年生,研究员,研究方向为微波遥感新技术及应用技术研究

    张升伟:男,1964年生,研究员,研究方向为微波辐射计系统设计与应用

    通讯作者:

    段永强 anlian310@163.com

  • 中图分类号: TP73

Modeling and Simulating of Microwave Humidity and Temperature Sounder Onboard the FY-3(D) Satellite

Funds: The National Key R&D Program of China (2018YFB0504900)
  • 摘要:

    针对风云三号卫星微波湿温度计,该文建立了全功率式微波辐射计系统的仿真模型,重点对热辐射噪声源、混频器、低噪放、滤波器与检波器等关键性器件进行了参数化建模。从信号处理的角度对全功率式微波辐射计的工作过程进行了模拟,并对仿真系统的输出功率、灵敏度和线性度进行评估与分析。通过与实际仪器的测试结果对比,验证了所提仿真模型的正确性。

  • 图  1  全功率式微波辐射计系统框图

    图  2  MWHTS的89 GHz通道实测通道特性

    图  3  仿真系统功率谱密度

    图  4  检波器输出电压

    图  5  增益波动的频域和时域结果

    图  6  仿真系统线性度

    图  7  高低温源对应的输出电压

    表  1  MWHTS的89 GHz通道参数

    指标设计值实际值
    接收机噪声温度800 K600 K
    带宽1500 MHz1475.6 MHz
    灵敏度1.0 K0.38 K
    下载: 导出CSV

    表  2  各级功率输出与检波电压输出结果

    仿真功率(dBm)实际功率(dBm)
    3 K340 K3 K340 K
    滤波器–10.75–9.34–10.69–9.27
    仿真检波电压(mV)实际检波电压(mV)
    检波器20.2127.9220.0427.56
    下载: 导出CSV

    表  3  系统线性度仿真结果

    $\Delta G/G$(%)${T_{\rm in} }(\rm K)$${V_{\rm C} }(\rm mV)$${V_{\rm H} }(\rm mV)$${V_{\rm out} }(\rm mV)$$a$$b$${T_{\rm out} }(\rm K)$$\Delta T(\rm K)$
    0.024320.6327.5917.7530.17–532.463.10–0.10
    0.0578020.6527.6420.3230.04–530.3980.09–0.09
    0.05516020.6727.6422.9930.13–532.77159.900.10
    0.04224020.6327.5925.6030.17–532.46239.960.04
    0.03932020.7427.7428.4130.00–532.20320.10–0.10
    下载: 导出CSV

    表  4  辐射灵敏度结果对比

    积分时间(ms)理论值(K)仿真值(K)实测值(K)
    0.026.938.13
    20.690.76
    120.180.280.34
    下载: 导出CSV
  • 谷松岩, 郭杨, 王振占, 等. 风云三号A星微波湿度计探测通道定标分析[J]. 气象科技进展, 2013, 3(4): 43–49. doi: 10.3969/j.issn.2095-1973.2013.04.005

    GU Songyan, GUO Yang, WANG Zhenzhan, et al. Calibration analyses for sounding channels of MWHS onboard FY-3A[J]. Advances in Meteorological Science and Technology, 2013, 3(4): 43–49. doi: 10.3969/j.issn.2095-1973.2013.04.005
    陆其峰. 风云三号A星大气探测资料数据在欧洲中期天气预报中心的初步评价与同化研究[J]. 中国科学: 地球科学, 2011, 54(10): 1453–1894. doi: 10.1007/s11430-011-4243-9

    LU Qifeng. Initial evaluation and assimilation of FY-3A atmospheric sounding data in the ECMWF System[J]. Science China Earth Sciences, 2011, 54(10): 1453–1894. doi: 10.1007/s11430-011-4243-9
    牛立杰, 刘浩, 吴季. 高灵敏度、高稳定度微波辐射计技术研究与实验验证[J]. 电子与信息学报, 2017, 39(8): 2028–2032. doi: 10.11999/JEIT161112

    NIU Lijie, LIU Hao, and WU Ji. Research and experimental verification on high sensitivity and high stability microwave radiometer[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2017, 39(8): 2028–2032. doi: 10.11999/JEIT161112
    BURRAGE D M, GOODBERLET M A, and HERON M L. Simulating passive microwave radiometer designs using Simulink[J]. Simulation, 2002, 78(1): 36–55. doi: 10.1177/0037549702078001201
    卢红丽. L波段全极化微波辐射计链路仿真与分析[D]. 中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心), 2011.

    LU Hongli. Link simulation and analysis of L-band microwave radiometer[D]. Graduate School of Chinese Academy of Sciences (Center for Space Science and Applied Research), 2011.
    高飞, 张俊荣. 数字增益自动补偿微波辐射计的计算机仿真[J]. 电子学报, 1999, 27(9): 22–24. doi: 10.3321/j.issn:0372-2112.1999.09.007

    GAO Fei and ZHANG Junrong. Computer simulation of digital auto gain compensative microwave radiometer[J]. Acta Electronica Sinica, 1999, 27(9): 22–24. doi: 10.3321/j.issn:0372-2112.1999.09.007
    高飞, 张俊荣. 星载微波成像仪接收通道的仿真研究[J]. 遥感技术与应用, 1998, 13(3): 24–29. doi: 10.3969/j.issn.1004-0323.1998.03.005

    GAO Fei and ZHANG Junrong. Simulative study of received channel about space-borne microwave imaging instrument[J]. Remote Sensing Technology and Application, 1998, 13(3): 24–29. doi: 10.3969/j.issn.1004-0323.1998.03.005
    张升伟, 王振占, 孙茂华, 等. 风云三号卫星先进微波大气探测仪系统设计与研制[J]. 中国工程科学, 2013, 15(7): 81–87. doi: 10.3969/j.issn.1009-1742.2013.07.012

    ZHANG Shengwei, WANG Zhenzhan, SUN Maohua, et al. The design and development of advanced microwave atmospheric counder onboard FY-3 satellite[J]. Engineering Science in China, 2013, 15(7): 81–87. doi: 10.3969/j.issn.1009-1742.2013.07.012
    TIURI M. Radio astronomy receivers[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1964, 12(7): 930–938. doi: 10.1109/TAP.1964.1138345
    PENG Jinzheng. Polarimetric microwave radiometer calibration[D]. [Ph.D. dissertation], University of Michigan, 2008.
    PENG Jinzheng and RUF C S. Covariance statistics of fully Polarimetric brightness temperature measurements[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2010, 7(3): 460–463. doi: 10.1109/LGRS.2009.2039115
    SKOU N. Microwave Radiometer Systems: Design and Analysis[M]. Norwood, MA: Artech House, 1989.
    SEIFFERT M, MENNELLA A, BURIGANA C, et al. 1/f noise and other systematic effects in the Planck-LFI radiometers[J]. Astronomy & Astrophysics, 2002, 391(3): 1185–1197. doi: 10.1051/0004-6361:20020880
    王振占. 海面风场全极化微波辐射测量——原理、系统设计与模拟研究[D]. [博士论文], 中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心), 2005.

    WANG Zhenzhan. Sea surface wind vector measured by polarimetric microwave radiometer-Principle, system design and simulation study[D]. [Ph.D. dissertation], Graduate School of Chinese Academy of Sciences (Center for Space Science and Applied Research), 2005.
    何杰颖. 微波/毫米波大气温湿度探测定标与反演的理论和方法研究[D]. [博士论文], 中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心), 2012.

    HE Jieying. Research on theory and method of microwave and millimeter wave atmospheric temperature and humidity detection calibration and retrieval[D]. [Ph.D. dissertation], Graduate School of Chinese Academy of Sciences (Center for Space Science and Applied Research), 2012.
  • 加载中
图(7) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  4761
  • HTML全文浏览量:  1022
  • PDF下载量:  73
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-18
  • 修回日期:  2020-03-09
  • 网络出版日期:  2020-04-11
  • 刊出日期:  2020-06-22

目录

    /

    返回文章
    返回