一種用于微波輻射計四點定標的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于微波輻射計定標技術領域，具體涉及一種用于微波輻射計四點定標的 裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 隨著遙感技術的深入發展和廣泛應用，微波遙感已經成為世界各國重點研究發展 的領域。微波輻射計作為被動微波遙感儀器，通過接收地物自身的微波輻射獲取地物特征 信息，它全天時、全天候的觀測能力以及具有穿透云層和一定程度上穿透雨區的特點，使它 在遙感領域占有特別重要的地位；同時，微波輻射計可以多頻段、多極化、多視角的獲取目 標信息，已經發展成為對地觀測、大氣、海洋環境監測以及空間探測的重要手段。
[0003] 微波輻射計在應用過程中，需要對其進行定標。所謂微波輻射計定標，即指標定微 波輻射計輸出電壓與輸入噪聲溫度間的定量關系。定標是實現定量化微波遙感的前提，定 標精度不僅反映儀器性能，而且直接影響對目標物體微波輻射信息的反演準確度。對于線 性系統，微波輻射計可通過接收兩個微波輻射特性精確已知的定標源的輻射信號，以確定 輻射計的傳輸函數，這就是所謂的輻射計"兩點定標"。
[0004] 而在實際使用中，由于定標源涵蓋亮溫范圍有限、輻射計與理想線性系統存在偏 差等技術問題，往往影響了 "兩點定標"的定標精度。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于，為解決現有的微波輻射計兩點定標導致定標誤差較大的技術 問題，本發明提出了一種用于微波輻射計四點定標的裝置及其方法。該方法采用四點實時 定標技術，在微波輻射計內部設置了高溫參考點、常溫參考點對微波輻射計接收機進行內 定標；同時，在微波輻射計外部設置了常溫定標源、冷空參考源對連同天線的微波輻射計整 體進行外定標。所述的裝置通過設計專用的輻射計定標轉臺，并合理分配微波輻射計定標 區間和觀測區間，可以在每個觀測周期內對微波輻射計進行實時的四點定標，以獲得高精 度的微波輻射計定標結果。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供的一種用于微波輻射計四點定標的裝置，該裝置包 括：旋轉臺、外部定標熱源、外部定標冷源和內部定標單元；所述的旋轉臺沿一豎直平面旋 轉，所述的外部熱源和外部冷源固定于旋轉臺中心的兩個方向上，分別用于提供外定標高 溫定標點和外定標低溫定標點，所述的微波福射計固定于旋轉臺上并隨旋轉臺同步旋轉， 同時使得該微波輻射計的天線時刻指向旋轉臺的中心；所述的內部定標單元設置于微波輻 射計內，其包括：匹配負載、耦合器和噪聲源，所述的匹配負載輸出的信號作為內定標低溫 定標點，所述的噪聲源用于產生噪聲，并通過耦合器將該噪聲與匹配負載輸出的信號耦合 后作為內定標尚溫定標點。
[0007] 其中，外部熱源可采用常溫的泡沫吸收體，里面安裝四個測溫的PRT電阻實時監 測吸收體物理溫度。外定標低溫定標源可由冷空構成，每當天線口面旋轉到豎直向上位置 時進行觀測定標。
[0008] 而內部定標源則采用噪聲注入的方式。噪聲源由微波開關控制，當噪聲源關閉時， 由匹配負載向微波輻射計接收機系統饋入信號，產生內定標常溫定標點；當噪聲源打開時， 其產生的噪聲經耦合器與匹配負載信號耦合，耦合后的信號饋入微波輻射計接收機，作為 內定標高溫定標點。
[0009] 作為上述技術方案的進一步改進，所述的外部定標冷源采用宇宙微波背景輻射作 為外定標低溫定標點。宇宙微波背景輻射是一種具有高度各向同性的黑體輻射譜，且充滿 整個宇宙空間，在微波頻段保持了高度的均一性和穩定性。由宇宙微波背景輻射為主要構 成的冷空是一種優良的微波輻射計外定標低溫源。
[0010] 作為上述技術方案的進一步改進，所述的旋轉臺包括：旋轉架、工字形底座、三角 支架和電機；所述的旋轉架架設于兩個三角支架之間，每個三角支架的底部均設有一工字 形底座，用于支撐該三角支架，所述的微波福射計架設于旋轉架的一端，該旋轉架通過電機 驅動沿豎直平面旋轉。
[0011] 基于上述用于微波輻射計四點定標的裝置，本發明還提供了該裝置的實現方法， 微波輻射計定標方式是：天線連續在豎直面內旋轉，在旋轉一周時間內，微波輻射計接收機 會交替的接收天線饋入信號和內部定標單元饋入信號。其中，在接收天線饋入信號時段內， 除了觀測目標以外，還在不同的位置觀測外部定標熱源和外部定標冷源。
[0012] 所述方法的具體步驟包括：
[0013] 步驟1)利用旋轉臺驅動微波輻射計沿逆時針方向旋轉，并以天線在豎直向上的 位置記為0° ;
[0014] 步驟2)當天線由150°旋轉至130°時，控制微波輻射計接收機的開關切換至天 線上，通過天線接收外部定標冷源在355°~5°范圍內輻射的信號，并接收外部定標熱源 在85°~95°范圍內輻射的信號；
[0015] 步驟3)當天線由130°旋轉至150°時，控制微波輻射計接收機的開關切換至內 部定標單元上，通過微波福射計接收機接收匹配負載在130°~140°范圍內福射的信號， 并接收噪聲源在140°~150°范圍產生的經匹配負載耦合后輻射的信號；
[0016] 步驟4)利用步驟2)~步驟4)接收到的四個信號建立定標方程：
[0017]T〇=aV〇+b
[0018]TN=aVN+b
[0019]TH+TX = aVH+b
[0020] Tc+Tx = aVc+b
[0021] 其中，Tx表示傳輸網絡特性，T。表示匹配負載的溫度，V。表示微波輻射計接收機輸 出與T。對應的電壓，TN表示耦合的噪聲溫度，VN表示微波輻射計接收機輸出與T0寸應的電 壓；TH表示外部定標熱源的溫度，VH表示微波輻射計接收機輸出與TH對應的電壓，τε表示 外部定標冷源的溫度，νε表示微波輻射計接收機輸出與τε對應的電壓；
[0022] 最終，根據所述的定標方程計算傳輸網絡特性：
[0023]
[0024] 本發明的一種用于微波輻
射計四點定標的裝置及方法的優點在于：
[0025] -、本發明通過微波輻射計內外四個定標點的精心設計，同時實現了微波輻射計 內定標和整體定標，有效提尚了福射計定標精度。
[0026] 二、本發明合理分配了定標的四個定標窗口和兩個觀測窗口的時序邏輯，能夠在 一個觀測周期內同時完成一輪完整的觀測和定標任務，大大提高了微波輻射計的測量效率 和定標效率。
[0027] 三、為配合規劃的定標時序，本發明通過設置的旋轉臺并設計了掃描過程，實現了 微波輻射計定標和測量的全程自動化，大大縮短了微波輻射計定標的時間投入和人力成 本。
[0028] 四、利用本發明的裝置實施微波輻射計多點定標對使用環境要求非常小，可以用 于各種星載、地基輻射計和多種野外環境，應用范圍廣泛。
【附圖說明】
[0029] 圖1為利用本發明的微波輻射計四點定標方法分配觀測窗口與定標窗口位置示 意圖。
[0030]圖2為本發明的微波輻射計四點定標方法中的兩點內定標工作原理圖。
[0031]圖3為微波輻射計線性度誤差所導致的兩點定標的誤差示意圖。
[0032]圖4a為本發明實施例中的旋轉臺結構示意圖。
[0033] 圖4b為圖4a中示出的旋轉臺的俯視圖。
[0034] 圖5為微波輻射計架設和觀測角度示意圖。
[0035] 附圖標記：
[0036] 1、旋轉架2、工字形底座3、三角支架
[0037] 4、電機 5、微波輻射計
【具體實施方式】
[0038] 下面結合附圖和實施例對本發明所述的一種用于微波輻射計四點定標的裝置及 方法進行詳細說明。
[0039] 本發明的一種用于微波輻射計四點定標的裝置，包括：旋轉臺、外部定標熱源、外 部定標冷源和內部定標單元；所述的旋轉臺沿一豎直平面旋轉，所述的外部熱源和外部冷 源固定于旋轉臺中心的兩個方向上，分別用于提供外定標高溫定標點和外定標低溫定標 點，所述的微波輻射計固定于旋轉臺上并隨旋轉臺同步旋轉，同時使得該微波輻射計的天 線時刻指向旋轉臺的中心；所述的內部定標單元設置于微波福射計內，內部定標單元由匹 配負載、耦合器和噪聲源組成。其中，所述的匹配負載輸出的信號作為內定標低溫定標點， 噪聲源產生所需要的定標噪聲信號，并通過耦合器將該噪聲與匹配負載輸出的信號耦合后 作為內定標高溫定標點；匹配負載與噪聲源通斷電情況下的耦合，為系統實時定標提供穩 定的參考信號，噪聲信號通斷通過對噪聲源供電電源的通斷控制來實現，在對微波輻射計 接收機（包括噪聲源）恒溫措施的情況下，控制其電源通斷更有利于保證注入噪聲的穩定； 耦合器用于實現噪聲信號的饋入。
[0040] 為更全面直觀的介紹本實施例，如圖4a、4b所示，所述的旋轉臺包括：電機4、旋轉 架1、三角支架3和工字形底座2構成。所述的旋轉架1架設于兩個三角支架3之間，每個 三角支架3的底部均設有一工字形底座2,用于支撐該三角支架3,所述的微波輻射計5架 設于旋轉架1的一端，該旋轉架1通過電機4驅動沿豎直平面旋轉。
[0041] 本例針對L、C雙波段微波輻射計，利用上述裝置進行四點定標，此套輻射計系統 的觀測對象為海面信息。
[0042]圖1示出了微波輻射計的觀測目標分布。微波輻射計在豎直面內連續逆時針掃 描，同時觀測前下方海面和前上方和天頂大氣，在后方觀測外部定標黑體，然后在其內部進 行噪聲源開關狀態下的噪聲溫度觀測。
[0043]在圖1給出的微波輻射計單個觀測周期內測量目標中，外部熱源區域為地面定標 預留的外部定標熱源安裝位置，可使用一個常溫可拆卸定標黑體進行外定標基準。外部冷 源區域為觀測低溫大氣部分，作為外部定標冷源。當需要定點觀測時，可以輸入對應的角度 值，此時微波輻射計停留在指定的位置，對觀測目標進行連續定點觀測。
[0044] 基于上述用于微波輻射計四點定標的裝置所實現的方法，包括：
[0045] 步驟1)利用旋轉臺驅動微波輻射計沿逆時針方向旋轉，并以天線在豎直向上的 位置記為0° ;天線的起始位置為0°，按照逆時針方向旋