大气毫米波辐射特性及应用研究

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1、南京理工大学硕士学位论文大气毫米波辐射特性及应用研究姓名：刘亚旭申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：彭树生;吴礼20100601硕士论文大气毫米波辐射特性及应用研究摘要本论文着重研究了大气毫米波辐射特性及其应用，分析了氧气和水蒸气的Liebe吸收模式和大气毫米波传输模型(MPM)，仿真计算了毫米波波段的天空亮度温度，测量分析了W波段的晴天数据，研究了一种基于大气传输模型的辐射计定标方法。首先，论文论述了常用的三种大气吸收谱线形式，详细分析了氧气和水蒸气的Liebe吸收谱模式，该模式将吸收谱分为线状吸收和连续吸收，其中氧气的吸

2、收谱由44条线状吸收和非谐振连续吸收组成，水蒸气的吸收谱由29条线状吸收和远翼吸收组成。仿真出了氧气和水蒸气在毫米波段的吸收谱曲线，氧气50．70GHz的吸收带及计算数据。其次，论文详细研究了大气毫米波传播模型(MPM)，即大气衰减的复折射率模型，推导出了不同天气条件下大气的衰减系数的MPM计算方法和天空亮温模型。在晴天，主要考虑氧气和水蒸气的线状谱、非谐振干燥空气谱和水蒸气的连续吸收谱；在云雾天，需要在晴天基础上加上悬浮水滴折射谱；而在雨天，需要在云雾天的基础上加上受雨强影响的雨滴的折射谱。计算出了不同天气条件下天空的毫米波段衰减系数

3、数据；并对不同天顶角时3mm波段、5mm波段和8mm波段的天空亮温等都加以仿真，对比分析其内在的规律性；给出了三个波段的亮温数据，利用天空亮温的实测数据，进行MPM可行性分析。最后，研究了一种基于大气传输模型的辐射计定标方法，即扫角定标法。分析了扫角定标在地基毫米波辐射计中的应用，论述了W波段K因子辐射计的定标过程，基于这种定标方式，用W波段辐射计对晴空进行扫角测量，并进行数据处理和分析。关键词：大气，毫米波，衰减系数，天空亮温，辐射特性，扫角定标AbstractThispaperisemphasizedonthestudyofatmo

4、sphericmillimeter-waveradiationcharacteristicsandapplications．OxygenandwatervaporLiebeabsorptionmodelandatmosphericMillimetre二WavePropagationModel(MPM)arederived．TheskybrightnesstemperatureiSsimulatedatmillimeter-wavebandandmeasuredwithaW-bandradiometer．Radiometercalibra

5、tionmethodbasedontheatmospherictransportmodeliSstudied．Firstly；,threecommonformsofatmosphericabsorptionlinesfunctionandtheLiebeabsorptionspectramodearediscussedindetail．Absorptionspectraisdividedintolocallineabsorptionandcontimuumabsorptioninthismode，theabsorptionspectra

6、ofoxygenismadeupof44一lineabsorptionandnon-resonantabsorption,absorptionspectraofwatervaporismadeupof29一lineabsorptionandthefarwingabsorption．Absorptionspectrumcurveofoxygenandwatervaporaresimulatedinthemillimeter-waveband，andtheabsorptionratedataofoxygenarecalculatedat50

7、．70GHzband．Secondly,theatmosphericmillimeterwavepropagationmodel(MPM)isstudiedinthispaper,whichiscomplexrefractivitymodel．MPMcalculationmethodsofatmosphericattenuationrateandtheskybrightnesstemperaturearederivedunderdifferentweatherconditions!Thelinespectrumofoxygenandwa

8、tervapor,non—resonantspectrumofdryairandwatervaporcontinuumabsorptionspectrumaremainlyconsideredinclear