[发明专利]一种测量海面气压的多频差分吸收雷达系统

说明书

本发明公开了一种测量海面气压的多频差分吸收雷达系统，所述系统包括：天线、收发前端、发射机、接收机和海面气压计算模块；所述天线，用于发射双频雷达信号，并接收雷达回波信号；所述收发前端，用于将发射通道和接收通道进行隔离，并产生接收机的定标信号；所述发射机，用于产生双频线性调频信号并将其放大到所需要的功率电平，将基带信号上变频至工作频率，并放大功率后送入天线；所述接收机，用于对雷达回波信号进行放大并将其下变频至基带,发送至海面气压计算模块；所述海面气压计算模块，用于从雷达回波信号中获取强氧气吸收带内的两个或多个通道的雷达回波信号功率比值，实现对海面气压的反演。

技术领域

本发明涉及雷达领域，具体涉及一种测量海面气压的多频差分吸收雷达系统。

背景技术

海面气压作为一个非常关键的气象因素，它在数值天气预报、气候学和大气动力学研究、热带气旋移动路径和强度预报、热带气旋结构和动力特征分析中都有着十分重要的作用。海面气压是预测热带气旋(包括热带低气压，热带风暴，飓风和超强台风等情况)的强度和轨迹的最重要的气象参数之一。热带气旋的海平面中心气压是衡量飓风强度最常用的指标。例如：Saffir-Simpson飓风量表(SSHS)上的热带风暴和飓风的分类就是基于海面风速，而这正是热带风暴中央气压与周围气压场相互作用的直接结果，因此测量热带风暴的表面气压非常重要。

在海洋上，海面气压通常是利用浮标站和石油商船平台来进行有限次数的现场观测，而这些观测手段覆盖区域小、时空分辨率差，且探测精度不一，难以满足天气预报等应用的需求。例如，在美国东海岸和墨西哥湾，美国国家数据浮标中心(NDBC)的NOAA海洋观测系统(NOOS)只有大约40个可用的浮标用于测量海面气压。热带大气海洋计划(TAO)只有10个站点测量气压。对于恶劣天气条件而言(如热带风暴和飓风天气)，由于风暴轨道上缺少浮标数据的缺失抑或是恶劣天气本身导致的浮标故障，浮标系统通常无法提供区域性的现场测量。

目前唯一可行的现场测量手段是通过驾驶飞机的降落式探空仪技术。而降落式探空仪技术的问题在于在风暴过程中，由于降落式探空仪数量和空间分布的限制，以及难以精确定位且不能重复使用的问题，从而使得大部分风暴区域无法测量。

为了改进热带风暴强度和轨迹的预测和预报，气压数据的大空间覆盖和高频次观测是非常必要的。这种需求不能通过现场浮标和降落式探空仪技术来实现。海洋上的大空间和时间尺度上进行气压测量的唯一希望来自遥感技术，包括载人飞机，无人机(UAV)和卫星平台上的遥感观测。

在过去三十年中，用于大规模、全球尺度的机载、星载海面气压遥感测量技术，显着落后于其他重要气象参数(如温度和湿度)。1985年Barton和Scott提出分别在A波段上使用主动和被动的方法来测量海面气压。然而其设计的激光雷达仪器对空间平台稳定性的高度依赖以及操作复杂，因此在技术上很难实现。同时被动方法仅限于白天和低云覆盖区域的测量(Barton，Scott 1986)。

发明内容

本发明的目的在于克服目前海面气压观测手段匮乏、覆盖区域小、时空分辨率差且探测精度不一的缺陷，提出了一种测量海面气压的多频差分吸收雷达系统，该差分吸收气压雷达系统利用强氧气吸收带(50-70GHz)内的两个或多个通道的反射雷达信号功率的比值，有效消除大气中液态水和大气水蒸气等引起的微波吸收效应和海面反射的影响，获取氧气总量信息；同时利用氧气在空气中的恒定占比，以及均匀混合气体的气柱总量与表面气压成正比的关系，实现对海面气压的反演。

为了实现上述目的，本发明公开了一种测量海面气压的多频差分吸收雷达系统，所述系统包括：天线、收发前端、发射机、接收机和海面气压计算模块；

所述天线，用于发射双频雷达信号，并接收雷达回波信号；

所述收发前端，用于将发射通道和接收通道进行隔离，并产生接收机的定标信号；