TK001 S 型在保持核心探测能力的同时实现小型化设计，适合空间受限或移动式气象观测场景。
1 系统概述
TK001S型小型化微波辐射计是公司推出的一款专用于移动观测平台的遥感设备，通过实时测量大气微波辐射信号，监测大气积分水汽含量、路径液态水含量的连续变化，反演输出0-10Km高度范围内大气温度、相对湿度等廓线产品，可增强气象要素连续测量手段，提高中小尺度天气的监测预警能力，以满足精细化气象探测要求，提高气象保障服务能力。
图1-1TK001S型小型化微波辐射计（车载式）示意图
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图1-2 TK001S型小型化微波辐射计整车安装示意图
2 产品组成
TK001S型小型化微波辐射计根据功能模块划分，由天线分系统（含天线、分波器和馈源）、射频分系统、信号处理分系统、数据处理分系统（含神经网络算法和GIS三维平台软件）和GNSS/电子罗盘等组成。
图2-1 TK001S型小型化微波辐射计组成框图
3 产品功能
1） 可以全天候连续实时探测对流层范围内的水汽密度廓线、相对湿度廓线、温度廓线以及路径液态水总量和大气水汽含量等气象数据产品。
2） 具备无历史探空资料高精度建模的能力，满足无球探空区域观测要求；
3） 采用高度自动化，采用集成化、小型化设计，具备实时姿态校正算法，适应移动走航式工作平台；
4） 具有严苛的结构三防设计，同时具备超低功耗技术、4G\5G等无线通讯的能力，适应户外长期工作要求。
4 产品技术性能
表4-1TK001S型小型化微波辐射计技术性能要求
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工作频率 |
22~32GHz，51~60GHz，红外波长8~14μm |
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亮温灵敏度 |
≤0.2K（水汽通道）；≤0.3K（氧气通道） |
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亮温测量误差 |
≤1K（RMS） |
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廓线更新时间分辨率 |
1s~6min，用户可定制 |
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探测高度 |
≥10km |
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大气积分水汽量误差 |
≤4mm（RMS） |
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水汽密度廓线反演误差 |
≤0.8g/m3（RMS） |
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相对湿度廓线 |
垂直分辨率 ≤50m（0~500m）； ≤100m（500~2000m）； ≤250m2000m~10000m) |
≤15%（RMS） |
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温度廓线差 |
垂直分辨率 ≤25m（0~500m）； ≤50m（500~2000m）； ≤250m2000m~10000m) |
当高度＞2000m时，均方根误差：≤1.8K 当高度≤2000m时，均方根误差：≤1K |
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通信方式及数据完整率 |
网络通信，支持无线通信方式 |
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供电方式及功耗 |
支持AC220V\DC24V等多种供电方式，稳态功耗≤150W。 |
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主机结构尺寸及重量 |
≤500mm×500mm×280mm（含底座）；重量：≤40kg |
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5 产品特点及优势
1）、系统体制
多通道并行测量 - 秒级响应移动需求: TK001S型小型化微波辐射计采用多通道并行测量技术体制，可以同时进行K、V多频率通道大气辐射亮温的测量，相比串行技术体制，极大增强了设备观测及产品输出的实时性，最终产品输出分辨率可达秒级，尤其适用于需要移动观测的应用场景。
内置电子定标 - 移动稳定可靠保障: TK001S型小型化微波辐射计采用全新内置定标体制，使用电子切换开关和标准噪声源进行内置定标修正，相比传统的机械扫描黑体定标方法，极大增强了移动观测时的稳定性和可靠性。
2）、硬件平台
天馈接收一体化+超快采样 - 破解移动灵敏度与颠簸难题: 在安装到汽车/火车等快速移动观测平台时，随着天线波束在被测场景的“驻留时间”减少，会降低微波辐射计的灵敏度，采用超快速采样技术以及调整辐射计积分时间可以改善灵敏度这一技术指标。同时，移动平台行进中的颠簸同样不容忽视。通过采用天馈线与接收机的一体化设计，减少了天馈线和接收机之间电气连接可靠性的潜在风险。同时，利用实时内定标技术减弱了各种机械、电气性能波动造成的系统噪声起伏，增强了辐射计的观测性能稳定性。
GNSS+电子罗盘 - 精准时空位置与姿态映射： 为了将观测到的数据匹配到精准的时空点，系统加持了高精度GNSS接收系统。此外，电子罗盘的配备也为辐射计的姿态矫正提供了手段。在辐射计跟随移动平台发生俯仰、横滚等动作时，电子罗盘提供的pitch、roll信息可以输入矫正算法从而得到目标观测方向的数据映射。
3）、软件显示平台
以GIS地理信息平台为依托，对GPS的实时定位信息进行解码，纠偏等操作以后，根据设备的运行轨迹显示设备的轨迹图、廓线数据等信息。结合三维显示平台，最终将所需数据三维化显示。
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图5-1 移动观测显示平台
4）、模式算法
智能算法赋能 - 无探空区建模+移动数据质控： TK001S型小型化微波辐射计采用神经网络大气参数反演算法，在无历史探测资料的区域，利用再分析数据作为训练样本，同时结合物理模型方法进行大气参数廓线反演。
专门开发了针对移动观测场景的数据质控方法，比如对移动观测中受到遮挡时的观测数据进行质控处理。
结合GNSS定位信息，进行数据的均匀采样，保证了移动平台速度不一致时，观测数据的均匀性，保证数据时间空间一致性。
6 结构设计
TK001S小型化微波辐射计的外部由气象传感器、红外传感器、主机（含天线罩、插座）、底座组成，内部安装电路板、微波组件等。
图 6-1 TK001S小型化微波辐射计
· TK001S小型化微波辐射计通过底座与车顶提供的结构件进行连接，安装底座抗风等级：≥12级。整机的重量重心偏移≤5%（含减震器）。
图6-2 设备尺寸和接口图
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序号 |
零件 |
材料 |
重量 |
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1 |
设备主机 |
|
30KG |
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2 |
气象传感器 |
铝合金+工程塑料 |
2KG |
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3 |
天线罩 |
高分子材料 |
0.3KG |
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4 |
底座 |
不锈钢 |
3KG |
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5 |
压条 |
不锈钢 |
0.3KG |
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6 |
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7 |
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8 |
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表6-1 TK001S型小型化微波辐射计明细
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序号 |
零件 |
材料 |
重量 |
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1 |
设备主机外壳 |
铝合金 |
30Kg |
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2 |
气象传感器 |
铝合金+工程塑料 |
2Kg |
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3 |
天线罩 |
高分子材料 |
0.3Kg |
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4 |
底座 |
不锈钢 |
3Kg |
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5 |
压条 |
不锈钢 |
0.3Kg |
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6 |
红外传感器 |
不锈钢 |
1.2kg |
图6-3设备底座结构图（设备底座与车顶预留安装位连接）
同时，微波辐射计主机设备安装到车顶，气象传感器、红外传感器等配套辅助单元的支架进行了结构加强，适应车载路况的场景需求。相关的线缆防护采用IP67级防水航空插头。
图6-4红外传感器图
图6-5气象传感器图
表6-2 TK001S型小型化微波辐射计接插件明细
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序号 |
类型 |
规格型号-插头 |
规格型号-插座 |
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1 |
供电接口 |
威浦SF-20 |
5芯插头插座 |
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2 |
网线接口 |
RJ45-CPE-10-002 |
JSX-16-001 |
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3 |
气象传感器接口 |
Y50P10 0807TK1 |
Y50P10 0807ZJ10 |
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4 |
底座 |
铝合金 |
5Kg |
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5 |
压条 |
不锈钢 |
0.3Kg |
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6 |
红外传感器 |
不锈钢 |
1.2kg |
7 产品配置清单
表7-1 TK001S型小型化微波辐射计配置清单
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序号 |
设备名称 |
单位 |
数量 |
备注 |
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1 |
微波辐射计主机 |
台 |
1 |
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2 |
气象六要素传感器 |
套 |
1 |
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3 |
红外云底传感器 |
套 |
1 |
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4 |
服务器（含微波辐射计探测软件） |
套 |
1 |
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|
5 |
减震器组件 |
套 |
1 |
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|
6 |
黑体定标单元 |
套 |
1 |
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|
7 |
电源线缆 |
套 |
1 |
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|
8 |
通信线缆 |
套 |
1 |
|
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9 |
产品技术手册 |
套 |
1 |
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|
10 |
产品合格证 |
份 |
1 |
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|
11 |
随机工具箱 |
套 |
1 |
|
|
12 |
随机备件 |
套 |
1 |
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8 附件 相关案例
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