● 摘要
地基微波辐射计已成为大气状态参数连续观测并同步进行数值天气预报的重要工具之一，然而当前地基微波辐射探测传感器探测通道数目大部分为5~30通道，这些受限的通道数目不足以解决探测大气参数时的病态反演问题。研究表明随着辐射计通道数目的增多，信息量增大，数值天气的预报能力也会更强。高光谱技术，可以将一个光谱频带分割成几十个甚至上千个通道，这种技术已经常见于可见光和红外传感器，如红外大气探测干涉仪(AIRS)已取得了巨大的成就。随着微波器件制造技术和数字信号处理芯片速度的快速发展，微波宽带信号可分割成近100个或者更多的光谱通道，使得高光谱技术在微波遥感领域也可以实现。
近年来北航微波工程实验室致力于研究地基微波高光谱辐射计，设计研制了K波段地基微波高光谱辐射计(BHU-K80)的产品样机。本文着眼于该样机，探索研究适合地基微波高光谱辐射计大气廓线反演的基于贝叶斯理论的L-M (Levenberg - Marquardt)算法，对该算法进行了模拟仿真分析，结果表明大气廓线垂直反演值能够以较小的误差接近数据库真实值。利用该算法在相同条件下比较了BHU-K80与5个水汽探测通道的辐射计TP/WVP-3000湿度廓线反演性能与垂直分辨率，结果表明较多探测通道的BHU-K80具有较好的反演性能与垂直分辨率。通过比较信息增量与湿度廓线反演性能，对10-800通道的地基微波高光谱辐射计进行了相关分析研究。最后本文研究了不同半波束宽度对大气湿度廓线反演的影响，并分析比较研究了BHU-K80天线单元在加入反射镜前后对湿度廓线反演性能的影响。
本文对地基微波高光谱辐射计大气湿度廓线反演算法的研究为BHU-K80的使用与反演评估提供依据；BHU-K80与TP/WVP-3000的比较突出反映了高光谱的优势；高光谱通道分析与不同半波束宽度对大气湿度廓线反演影响研究为下一代高光谱辐射计的设计打下了良好的理论基础；BHU-K80天线单元的影响研究对辐射计探测精度与反演精度的提高起着至关重要的作用。本研究在微波遥感理论与实际应用上均具有重要意义。