【其他行业标准】 地基多通道微波辐射计

ICS07.060
备案号：70315—2019
中华人民共和国气象行业标准
QX/T 504—2019
地基多通道微波辐射计
Ground-based multi-channel profiling microwave radiometer2019-09-30发布
中国气象局
2020-01-01实施
QX/T504—2019
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会（SAC/TC507)提出并归口。本标准起草单位：西安电子工程研究所、北方天穹信息技术(西安)有限公司、中国气象局气象探测中心、兰州大学大气科学学院、中国电波传播研究所、中国兵器科学研究院、陕西省气象局、吉林省气象局。
本标准主要起草人：卢建平、雷连发、朱磊、佳佳、黄建平、张志国、显坤、王东吉、白水成、崔莲。532
地基多通道微波辐射计
QX/T504—2019
本标准规定了地基多通道微波辐射计的技术要求，试验方法，检验规则，标志、标签和随行文件，包装、运输、贮存和校准等。
本标准适用于探测大气温度、湿度廓线的地基多通道微波辐射计。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T5080.7一1986设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案
GB/T6587一2012电子测量仪器通用规范GJB150.8A一2009军用装备试验室环境试验方法第8部分：淋雨试验GJB3310一1998雷达天线分系统性能测试方法方向图GB/T37467—2019气象仪器术语
QX/T1—2000Ⅱ型自动气象站
QX/T348—2016X波段数字化天气雷达3术语和定义
GB/T37467一2019界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
地基多通道微波辐射计
Ground-basedmulti-channelprofilingmicrowaveradiometer工作在微波-毫米波波段，采用完全被动接收的工作方式、探测大气热辐射噪声的气象遥感仪器，主要通过测量敏感频段多个频率通道的辐射强度来反演大气温度、湿度廓线等大气参数，以下简称为辐射计。
亮温brightnesstemperature
亮度温度的简称。实际物体在某一波长的辐射能力可等效成一个具有相同亮度的黑体（等效黑体），此等效黑体具有的温度。注1：亮度为单位立体角、单位面积的辐射功率。注2：单位为开尔文(K)。
廓线．profile
大气的温度、湿度等参数随高度分布的数据曲线。533
QX/T504—2019
液氮标定liquidnitrogencalibration利用液态氮对标定信号源致冷；通过辐射计观测获取输出量与输人量之间的关系，实现系统参数的校准。
4技术要求
4.1组成
辐射计的组成应包括：天线组件、接收机、信号处理单元、环境参数监测组件、环境控制组件、内置标定源、终端软件和必要的辅助设备。4.2外观及工艺
外观及工艺应满足如下要求：
设备外观整洁，表面无凹痕、划伤、裂痕、变形、毛刺及其他缺陷，表面涂层无起泡、龟裂、脱落，金属件无锈蚀及其他机械损伤；标识和字符正确、完整、清晰、醒目；线缆抗老化，满足长时间户外工作要求；外表涂层、结构件、零部件具有抗盐雾能力：对环境敏感的部件、元器件采取适当的保护措施，例如安装在防护罩内。4.3功能及数据产品
4.3.1工作模式控制
具有对流层观测、边界层观测及液氮标定等不同工作模式，可由用户指令切换4.3.2廓线探测功能
基于观测得到大气辐射亮温等基础数据，实时运算输出大气温度、湿度廓线等气象产品数据。4.3.3终端显示
终端人机界面具有图形化的实时廓线、时空剖面和历史数据显示功能。4.3.4环境参数监测
能实时监测设备所处的环境气温、气压、相对湿度等参数。4.3.5自检监测
系统的关键组成、功能部件应具有实时的状态自检监测和出错报警功能，并在终端界面直观醒目显示。
4.3.6数据产品
实时输出设备观测产生的基础数据、气象产品数据和设备主要组成部件的状态数据。534bzxz.net
探测性能
探测高度
探测高度应满足：
对流层观测模式：≥10000m；
边界层观测模式：≥2000m。
4.4.2对流层温度廓线性能
对流层温度廓线性能应满足：
QX/T504—2019
垂直分辨力：≤50m(0m~500m），≤100m（500m~2000m），≤250m2000m~10000m）；均方根误差：≤1.8K。
边界层温度廓线性能
边界层温度廓线性能应满足：
垂直分辨力：≤25m(0m~500m），≤50m（500m~2000m）；均方根误差：≤1K。
4.4.4水汽密度廓线性能
水汽廓线性能应满足：
垂直分辨力：≤50m（0m~500m），≤100m（500m~2000m），≤250m（2000m~10000m）；均方根误差：≤0.8g/m2。
4.4.5相对湿度廓线性能
相对湿度廓线性能应满足：
垂直分辨力：≤50m（0m~500m），≤100m(500m~2000m），≤250m（2000m~10000m）；均方根误差：≤15%相对湿度。
积分水汽含量性能
均方根误差：≤4mm。
4.4.7时间分辨力
廓线数据的时间分辨力应满足：≤2min。4.5环境参数监测性能
4.5.1气压
气压监测性能应满足：
测量范围：600hPa~1100hPa；
-准确度：士2hPa。
4.5.2气温
气温监测性能应满足：
测量范围：一40℃~50℃；
QX/T504—2019
准确度：士0.5℃。
4.5.3相对湿度
相对湿度监测性能应满足：
测量范围：10%~100%；
准确度：士5%相对湿度。
4.6电气性能
4.6.1工作频率范围
天线和接收机的工作频率范围应包含水汽敏感频带和温度敏感频带，其中水汽频带位于22GHz~32GHz范围内，温度频带位于51GHz～59GHz范围内。4.6.2天线主瓣宽度
天线的半功率波束宽度应满足：水汽通道《5°，温度通道≤3°。4.6.3天线旁瓣电平
天线的旁瓣电平应满足：偏离10°以外，水汽通道≤一25dB，温度通道≤一28dB。4.6.4波束扫描性能
辐射计的天线波束应具有俯仰扫描能力，性能应满足：扫描范围：覆盖天顶到地平方向；角度分辨力：<0.2°。
4.6.5接收通道数量
辐射接收的通道数量应满足：水汽通道、温度通道均≥7。4.6.6通道分布宽度
通道分布宽度应满足：水汽通道、温度通道均≥7GHz。4.6.7亮温量程
亮温量程应满足：0K～400K。
4.6.8亮温灵敏度
亮温灵敏度应满足：水汽通道≤0.2K@1s积分时间，温度通道<0.3K@1s积分时间。4.6.9
亮温误差
均方根误差：≤1K。
适应交流220V供电条件，在电源电压变化士15%、频率变化士5%以内时，辐射计应能正常工作。4.6.11功耗
主机功耗：≤800W（最大值），≤300W(稳定状态）。536
4.7环境适应性
应满足如下条件：
极限工作温度：一40℃（室外设备），0℃（室内设备）；极限存温度：一50℃。
4.7.2高温
应满足如下条件：
极限工作温度：50℃（室外设备），40℃（室内设备）；极限贮存温度：55℃。
4.7.3湿度
应满足如下条件：
工作相对湿度：≤95%（室外设备），≤90%（室内设备）；贮存相对湿度：≤95%（无凝水）。4.7.4低气压
可正常工作大气压≥650hPa。
4.7.5淋雨
应能承受GJB150.8A一2009中程序I和Ⅱ规定的淋雨条件。4.7.6抗风能力
应在10级风条件下能正常工作，在12级阵风条件下不被损坏。4.7.7运输
辐射计设备装箱承受以下运输条件后，应能保持其性能。其中：a）车速：
1）土路、碎石路车速：20km/h～30km/h；2）柏油路、混凝土路车速：30km/h～40km/h。距离：运输距离不小于200km。
路况：通过的土路和碎石路面占总试验里程的比例应不少于60%。4.8可靠性及维修性
连续工作能力
连续工作能力：连续。
4.8.2可靠性
平均故障间隔时间：≥2500h。
4.8.3维修性
平均修复时间：≤1h。
QX/T504—2019
QX/T504—2019
4.8.4设计寿命
设计寿命：≥10a。
5试验方法
5.1试验要求
试验应满足如下要求：
辐射计探测性能的试验需有一个可施放探空气球、并可供辐射计持续对空观测的场地；-被测辐射计架设应与探空仪处于同一环境，且两者之间的水平距离不应超过100m（宜小于50m），高度差不宜超过4m；
被测辐射计需采用同场地的历史探空资料完成算法训练，并按设备要求进行标定；一选择大气状态稳定的天气条件开展试验；-辐射计电气性能、环境适应性等的试验需在具备测试条件的实验室内进行。5.2组成
手动及目测检查辐射计的系统组成。5.3外观及工艺
采用目测、手感检查及查阅产品相关技术文件的方法，还可用放大镜、色卡等辅助工具进行检测。5.4功能及数据产品
5.4.1工作模式控制
对辐射计设备进行实际操作，通过操作运行过程、终端显示情况及生成数据的观察和检查，评定设备对于各种工作模式的实现情况。5.4.2廓线探测功能
使辐射计设备运行在观测模式下，通过终端显示情况及生成数据的观察和检查，评定探测功能的实现情况。
5.4.3终端显示
使辐射计设备运行在对流层观测模式下，终端显示界面应具备规定的数据显示功能。5.4.4环境参数监测
使辐射计设备运行在观测模式下，通过终端显示及生成数据的观察和检查，评定辐射计环境参数监测功能的实现情况。
5.4.5自检监测
模拟典型故障发生时的情形，通过运行过程和终端显示情况的观察和检查，评定设备自检监测功能的实现情况。
5.4.6数据产品
通过终端显示及生成数据的观察和检查，判定辐射计是否实时输出观测得到基础数据、气象产品数538
据和设备主要组成部件的状态数据。输出数据产品格式参见附录A。5.5探测性能
5.5.1探测高度与廓线垂直分辨力QX/T504—2019
通过检查观测过程生成的数据记录文件，获得辐射计探测高度范围、大气温度、湿度层结数量以及垂直高度具体刻度值，然后对规定范围内的高度值对应的大气温度、湿度数据进行误差性能检验，据此对探测高度和垂直分辨力性能进行评价。5.5.2温湿度廓线误差
大气温度、湿度廓线应逐个层结进行计算。任意一个层结的测量误差e(Y）采用式（1)计算：e(Y)=
式中：
N-该层结的有效观测次数；
Y：一一对于该层结大气温度、湿度，辐射计的第i次测量值；X；一对于该层结大气温度、湿度，探空仪的第i次测量值。5.5.3积分水汽含量误差
采用式（1)计算大气积分水汽含量的误差，只需要对式中变量的含义进行更改即可：N
大气积分水汽含量的有效观测次数；Y：对于大气积分水汽含量，辐射计的第i次测量值；X；一一对于大气积分水汽含量，探空仪的第i次测量值。5.5.4时间分辨力
检查观测过程生成的记录文件或终端屏幕显示，温湿度廓线数据更新一次所需的时间即为辐射计的时间分辨力。
5.6环境参数监测性能
5.6.1气压
采用QX/T1一2000的6.6.1的方法进行测试和评定。5.6.2气温
采用QX/T1一2000的6.6.2的方法进行测试和评定。5.6.3相对湿度
采用QX/T1一2000的6.6.3的方法进行测试和评定。5.7电气性能
5.7.1天线工作频率
辐射计天线性能的测试应在专业的微波天线测试场所进行，采用如下方法进行测试a）测试条件及测试装置的架设、连接方法见GJB3310一1998的第五章的方法101539
QX/T504—2019
b）设置天线测试系统的发射、接收设备的工作频率，在规定的频率范围内测试天线的电气性能。5.7.2天线主瓣宽度
按GJB3310—1998的第五章的方法101进行测试。5.7.3天线旁瓣电平
按GJB3310—1998的第五章的方法101进行测试。5.7.4波束扫描性能
按产品指标控制辐射计天线指向，检查天线波束扫描性能。5.7.5接收工作频率
在规定的工作频率范围内测试辐射计的亮温量程、灵敏度及测量误差等各项电气性能。5.7.6接收通道数量和通道分布宽度按照如下方法进行测试和计算：a）逐一测试辐射计各通道的亮温量程、灵敏度及测量误差等各项电气性能，满足指标要求的通道为合格通道，可计人接收通道数量；b）检查合格通道的辐射计工作频率，水汽带的通道分布宽度等于水汽频带内的最高频率值减去最低频率值，温度带的通道分布宽度等于温度频带内的最高频率值减去最低频率值。5.7.7亮温量程
按照如下方法进行测试和计算：使用液氮致冷低温标定源作为输人信号源，控制辐射计天线指向低温标定源，记录低温源的辐a)
射亮温以及辐射计对应的输出亮温电压。b）
使辐射计天线指向高温标定源，记录高温源的辐射亮温以及辐射计对应的输出亮温电压。按照指标规定的亮温量程下限和上限，采用式（2)进行计算。c
T-×(U-U.)
Th = T。
T-×(U-U)
U2=Uh—
T-T。
式中：
亮温下限T对应的辐射计输出电压极值，应不小于设计最小值，单位为毫伏（mV）；U
-亮温上限T2.对应的辐射计输出电压极值，应不大于设计最大值，单位为毫伏（mV）；辐射计观测高温标定源时的输出亮温电压，单位为毫伏（mV）；辐射计观测低温标定源时的输出亮温电压，单位为毫伏（mV）；高温源的辐射亮温，单位为开尔文（K）；低温源的辐射亮温，单位为开尔文（K）；T—指标要求的亮温下限，单位为开尔文(K)；指标要求的亮温上限，单位为开尔文（K）。T
5.7.8亮温灵敏度
按照如下方法进行测试和计算：540
：（2）
QX/T504—2019
使用液氮致冷低温标定源作为输人信号源，按照规定条件设置积分时间，并使辐射计天线指向低温标定源，连续执行N次观测（N≥15），记录低温标定源的辐射亮温以及辐射计对应的输出亮温电压。
使辐射计天线指向高温标定源，同样连续执行N次观测，记录高温源的辐射亮温以及辐射计对应的输出亮温电压。
采用式(3)计算辐射计亮温灵敏度：c）
Tmn =$×
式中：
式中：
式中：
辐射计亮温灵敏度，单位为开尔文（K)；N次观测低温源所得亮温电压的标准差，计算方法见式（4）；N次观测高温源所得亮温电压的标准差，计算方法见式（5）；N次观测高温源所得辐射亮温的均值，单位为开尔文（K）；-N次观测低温源所得辐射亮温的均值，单位为开尔文（K）；N次观测高温源所得亮温电压的均值，单位为毫伏（mV）；N次观测低温源所得亮温电压的均值，单位为毫伏（mV）。Se
(U.。-U)2
辐射计观测低温源时，第i次读取的输出亮温电压，单位为毫伏（mV）。Sh
(UU）
辐射计观测高温源时，第i次读取的输出亮温电压，单位为毫伏（mV）。5.7.9亮温误差
（3）
设置辐射计天线指向标准辐射源，连续N次（N15）读取辐射计的亮温观测值和标准辐射源的亮温示值，辐射计任意一个通道的亮温测量误差e（Y）采用式（6)计算：e(Y)
式中：
Y—第i次读取的辐射计亮温观测值，单位为开尔文(K)；X,
第i次读取的标准辐射源的亮温示值，单位为开尔文（K）。5.7.10电源
交流220V电源供电时，将输入辐射计的电源电压和频率分别改变至正负偏差极限值，开机检查辐射计应能正常工作。
5.7.11功耗
用交流功率测量仪测量辐射计主机工作时的电源功率消耗。5.8环境适应性
采用QX/T348一2016的5.2.2的方法进行环境适应性的试验及评定。541
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。