我国疆域辽阔,气象灾害多发。为减少灾害性天气对工农业生产和国民经济造成的巨大威胁,国家不断加强现代化气象观测手段,增强人工影响天气的能力。地基多通道微波辐射计采用被动接收的方式,工作时无需对外发射电磁波,体积小、功耗低,还有长期连续工作、无人值守和便于组网等独特优势。在一些发达国家,已开始代替无线电探空气球,在数值天气预报、人工影响天气工程、气候变化研究等领域中承担关键角色。本文发展了一套多通道微波辐射计大气温湿廓线反演算法,并用于我国星载雷达校飞试验对比观测和估算雷达路径积分衰减；研制成功了地基35通道微波辐射计原理样机,设计了一套标定方法和大气温湿廓线反演系统,利用Visual VC++,开发了辐射计的软件控制系统及实时可视化图像显示模块,并进行了多次野外观测对比试验。基于多通道地基微波辐射计观测亮温,发展了大气温湿及液态水廓线反演算法。以试验地区近二十年的历史无线探空资料为样本集,经过先期去除资料数据量缺失、格式转换、插值等处理后,进行分类处理,分为大气晴空无云数据集和有云数据集两种情况。对于晴空无云的样本集,利用大气微波辐射传输模式,以晴空大气温度、湿度、气压、高度等信息作为输入参数,计算获得多通道微波辐射亮温数据集、积分水汽总量和液态水总量,其中液态水总量值为零。对有云样本数据集,以大气相对湿度廓线作为初始数据,使用绝热液水含量分析方法,模拟计算出液态水廓线。将晴空无云模式计算获得的亮温数据集和有云状况计算获得的亮温数据集,与大气廓线一一对应,合并成综合数据集。为增加对噪声信号的抗干扰能力,对亮温数据集进行添加随机噪声处理。将模拟的多通道微波辐射亮温值归一化后作为输入参数,以对应的大气温湿廓线及第一层大气温度、湿度、气压作为输出样本,构造改进的BP神经网络训练样本集,在高性能计算中心平台上,经过百万次循环神经网络训练,获得一组能够反演试验区大气廓线的神经网络参数。以观测的多通道地基微波辐射计实际亮温值和仪器实测的地表温度、湿度、气压作为参数,输入至神经网络模型正向计算,反演获得0～10Km间47层或58层的大气温度、水汽密度、相对湿度、液态水廓线及大气整层的积分水汽和液态水总量。将反演算法用于12通道微波辐射计亮温反演。与GPS探空数据对比,反演的大气温度廓线在7Km以下误差均在3K以内,水汽密度廓线在6Km以下误差均在3g/m2以内,部分底层廓线的反演值与GPS探空观测接近,获得了较好的反演结果。同时,通过模式分析出云水廓线,弥补GPS探空不足,利用微波辐射计观测进行验证,估算雷达路径积分衰减,用于试验降水雷达反演分析。兰州大学与中国兵器工业第206研究所(西安电子工程研究所)于2009年至2013年联合开发,研制成功了地基35通道MWP967KV型微波辐射计原理样机。在水汽波段22～30GHz、氧气波段51～59GHz进行探测,亮温测量范围是0至400K,测量精度达到0.5K。参与设计了辐射计的系统组成、天线、转台、接收机、数据处理单元等分系统,实现了一体化的整机设计、多传感器的集成、紧凑的双波段天线组件、小步进扫频式的多通道辐射探测,实现了冷热源人工标定与自动标定措施的结合。掌握了小型化高性能毫米波天线总成技术、宽带低副瓣毫米波馈源技术、宽带低损耗毫米波波束分配技术、宽带高性能毫米波面天线技术、宽带参数化密集通道接收机技术、极微弱高频信号精密检测技术及多传感器集成一体化设计技术。在MWP967KV型微波辐射计的硬件基础上,本文设计了一套辐射计的标定方法和流程及35通道微波辐射计反演算法,实现大气温湿、液态水廓线及积分水汽和云水含量的反演计算,垂直分辨率为：50m@0～500m,100m@500m～2km,250m@2～10km;同时,利用Visual VC++开发环境,设计了辐射计的软件系统、复杂数据存储技术及实时可视化图像显示模块。继而开展了MWP967KV型35通道微波辐射计的试验验证及数据对比分析工作。以研制的微波辐射计的硬件和软件系统为观测基础,在陕西、河北、北京、甘肃、吉林、山西等六省市开展八次验证试验和考核,加电工作时间累计超过六千小时,对辐射计的性能和反演精度进行了多项验证,对微波辐射计的观测个例、典型天气下的观测结果和观测数据样本进行了详细地分析和对比验证。对比结果表明,K频段亮温值与探空模拟亮温平均偏差基本都小于1K,相关系数达到0.98以上,V频段相关系数达到0.99以上。与无线探空观测相比,反演的温度廓线平均偏差不大于2K,水汽廓线最大误差不超过1.5g/m3,相关系数达到0.98以上,积分水汽值与MP-3000观测值相关系数达到0.989。试验验证表明,MWP967KV型是一款我国自主研制的自动化、多功能、高精度新型大气微波遥感探测设备,为我国气象探测和人影业务应用提供了强有力的仪器装备支持,且对于天气变化动态的实时连续监测、直观评价和理论研究都具有重要价值。