CN101982743A - 一种全极化微波辐射计变温源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全极化微波辐射计变温源装置，该装置包括：中心点位于同一水平面上的冷源、热源、极化网格和相位延迟板；冷源用于提供低亮度温度；热源，用于提供高亮度温度；极化网格，用于输出变化的线极化微波辐射亮温的目的；相位延迟板，用于输出变化的圆极化微波辐射亮温的目的；冷源和热源分设于所述的极化网格的两侧，极化网格的中心及相位延迟板的中心与微波辐射计测试天线的中心均在系统的中心轴线上；相位延迟板与系统的中心轴线垂直设置；其特征在于，极化网格以垂直于极化网格所在面的中心轴为中心可旋转设置；相位延迟板以垂直于相位延迟板所在面的中心轴为中心可旋转设置。本发明的优点在于使全极化微波辐射计快速进行定标和测试。

Description

一种全极化微波辐射计变温源装置

技术领域

本发明涉及微波辐射计变温源装置，特别涉及一种全极化微波辐射计变温源装置。

背景技术

全极化微波辐射计是一种新型的被动式微波遥感器，它能够实现全球全天时、全天候的观测海洋，这样可以用于建立海洋循环、空气和海水的交换机制以及大气模型。相比于传统的双极化微波辐射计，全极化微波辐射计能够一次测量目标的4个Stokes参量，是对目标特征提取的又一有力手段。

无论是地面、机载和星载全极化微波辐射计，在调试和定标时都需要变温源，以便对接收机进行调试和定标，测出系统的定标系数、系统的灵敏度和线性度等指标，以便满足定量化使用要求。

传统的微波辐射计外定标方法都是采用两点定标，但是全极化微波辐射计中的T3、T4通道不同于传统的两点定标。因为其中包含了线极化和圆极化信息。传统的两点定标法不能产生已知的线极化信息和圆极化信息，所以不能满足全极化微波辐射计的外定标要求。并且传统的微波辐射计变温源由定标体和温控装置组成，通过控制定标体物理温度来达到变温输出的目的。这种方式的缺点是定标体从一个温度到另外一个温度调节时间长，一般需要30分钟～60分钟，温度不好控制。尤其是在热真空环境下，有时需要调节几个小时才能够使定标体温度稳定和均匀。另外，国外的一些文献中介绍的全极化微波辐射计变温源装置包括：冷源、热源、极化网格和相位延迟板，但是需要整体转动，体积大，不容易操作。

发明内容

本发明的目的在于，使微波辐射计快速进行定标和测试，从而减少微波辐射计接收机工作时间长而带来的接收机增益变化。另外，还要解决现有的全极化微波辐射计操作不方便快捷的问题。

为实现上述发明目的，本发明提出了一种全极化微波辐射计变温源装置。

所述的一种全极化微波辐射计变温源装置，该装置包括：中心点位于同一水平面上的冷源、热源、极化网格和相位延迟板；

所述的冷源，用于提供低亮度温度；

所述的热源，用于提供高亮度温度；

所述的极化网格，用于输出变化的线极化微波辐射亮温的目的；

所述的相位延迟板，用于输出变化的圆极化微波辐射亮温的目的；

所述的冷源和所述的热源分设于所述的极化网格的两侧，所述的极化网格的中心及所述的相位延迟板的中心与微波辐射计测试天线的中心均在系统的中心轴线上；所述的相位延迟板与系统的中心轴线垂直设置；

其特征在于，

所述的极化网格以垂直于极化网格所在面的中心轴为中心可旋转设置，改变极化网格旋转角度来输出变化的线极化微波辐射亮温；所述的相位延迟板以垂直于相位延迟板所在面的中心轴为中心可旋转设置，通过改变相位延迟板旋转角度来改变冷源和热源辐射电磁波的群延时达到输出变化的圆极化微波辐射亮温。

所述的冷/热源的温度保持固定值。

所述的冷/热源的主体是黑体。

所述的极化网格呈圆形。

所述的相位延迟板呈长方形的。

所述的冷源垂直于系统的中心轴线放置，所述的热源平行于系统的中心轴线放置，所述的极化网格设置于所述的冷源的辐射面和所述的热源的辐射面90°夹角的角平分线上。

所述的全极化微波辐射计输出的亮度温度T_h、T_v、T₃、T₄与热源温度T_Hot、冷源温度T_Cold、极化网格旋转角度θ和相位延迟板的旋转角度φ之间的关系表达式为：

$\left(\begin{array}{c}{T}_v\\ T_h\\ T_3\\ T_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccccc}{D}_{a11}& D_{a12}& D_{a13}& D_{a14}& D_{a15}\\ D_{a21}& D_{a22}& D_{a23}& D_{a24}& D_{a25}\\ D_{a31}& D_{a32}& D_{a33}& D_{a34}& D_{a35}\\ D_{a41}& D_{a42}& D_{a43}& D_{a44}& D_{a45}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ \cos 2\mathrm{\φ}\\ \cos 4\mathrm{\φ}\\ \sin 2\mathrm{\φ}\\ \sin 4\mathrm{\φ}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{cc}\frac{2{\cos }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}& \frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ \frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{1+c{\mathrm{os}}^2\mathrm{\θ}}& \frac{2{\cos }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ \frac{\sqrt{2}\sin 2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}& -\frac{\sqrt{2}\sin 2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ 0& 0\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{ccc}{r}_{\left|\right|}& t_{\left|\right|}& L_{\left|\right|}\\ r_{\⊥}& t_{\⊥}& L_{\⊥}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{Hot}}\\ T_{\mathrm{Cold}}\\ T_G\end{array}\right)---\left(1\right)$

式(1)中，T_G是金属网格的物理温度；r_||，t_||，L_||分别是网格线方向和电磁波极化方向平行时金属网格的反射系数，传输系数和欧姆损失；r_⊥，t_⊥，L_⊥分别是网格线方向和电磁波极化方向垂直时金属网格的反射系数，传输系数和欧姆损失；矩阵非零元素D_a..与相位延迟板的厚度、电磁波平行和垂直于相位延迟板慢轴的衰减量、电磁波的周期有关，其中，非零元素D_a..的下标a＝v，h，3，4。

本发明的优点在于，本发明提出的全极化微波辐射计变温源装置提供全极化亮温所需要的时间就是旋转极化网格和相位延迟板所需要的时间，小于1分钟。这样能够很快的对全极化微波辐射计进行定标和测试，减少定标和测试时间，也减少由于微波辐射计接收机工作时间长而带来的接收机增益变化，即提高微波辐射计测试精度和定标精度；另外，本发明仅仅只是旋转极化网格和相位延迟板，这样在操作上方便快捷，整个定标源系统不用做成一个整体，大大简化了定标源的搭建。

附图说明

图1全极化微波辐射计变温源装置俯视图；

图2极化网格的正视图；

图3相位延迟板的正视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的全极化微波辐射计变温源装置进行详细的说明。

图1为全极化微波辐射计变温源装置俯视图，图2为极化网格的正视图，图3为相位延迟板的正视图。如图1、2、3所示，全极化微波辐射计变温源装置由冷源、热源、极化网格和相位延迟板组成。图1中输出的亮度温度T_h，T_v，T₃，T₄与热源温度T_Hot、冷源温度T_Cold、极化网格旋转角度θ和相位延迟板旋转角度φ之间的关系表达式：

$\left(\begin{array}{c}{T}_v\\ T_h\\ T_3\\ T_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccccc}{D}_{a11}& D_{a12}& D_{a13}& D_{a14}& D_{a15}\\ D_{a21}& D_{a22}& D_{a23}& D_{a24}& D_{a25}\\ D_{a31}& D_{a32}& D_{a33}& D_{a34}& D_{a35}\\ D_{a41}& D_{a42}& D_{a43}& D_{a44}& D_{a45}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ \cos 2\mathrm{\φ}\\ \cos 4\mathrm{\φ}\\ \sin 2\mathrm{\φ}\\ \sin 4\mathrm{\φ}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{cc}\frac{2{\cos }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}& \frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ \frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{1+c{\mathrm{os}}^2\mathrm{\θ}}& \frac{2{\cos }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ \frac{\sqrt{2}\sin 2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}& -\frac{\sqrt{2}\sin 2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ 0& 0\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{ccc}{r}_{\left|\right|}& t_{\left|\right|}& L_{\left|\right|}\\ r_{\⊥}& t_{\⊥}& L_{\⊥}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{Hot}}\\ T_{\mathrm{Cold}}\\ T_G\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中，T_Hot和T_Cold分别是热源和冷源的亮温，T_G是金属网格的物理温度。r_||，t_||，L_||分别是网格线方向和电磁波极化方向平行时金属网格的反射系数，传输系数和欧姆损失。r_⊥，t_⊥，L_⊥分别是网格线方向和电磁波极化方向垂直时金属网格的反射系数，传输系数和欧姆损失，矩阵非零元素D_a..与相位延迟板的厚度、电磁波平行和垂直于相位延迟板慢轴的衰减量、电磁波的周期有关，非零元素D_a..的下标a＝v，h，3，4。从式(2)可以看出，T_v和T_h随θ、φ变化而变化，即当θ、φ角变化时，全极化微波辐射计变温源的输出亮度温度也是变化的，选取多个θ、φ，便可得到多个亮度温度输出，达到变温源输出的目的，给全极化微波辐射计进行调试或定标。在一些特殊角度下变温源输出亮度温度如式(3)～(6)所示。

其中，式(3)～(6)中，ζ＝k_||·d-k_⊥·d是平板的慢轴和快轴之间的相对位移；d是相位延迟板的厚度。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种全极化微波辐射计变温源装置，该装置包括：中心点位于同一水平面上的冷源、热源、极化网格和相位延迟板；

所述的冷源，用于提供低亮度温度；

所述的热源，用于提供高亮度温度；

所述的极化网格，用于输出变化的线极化微波辐射亮温的目的；

所述的相位延迟板，用于输出变化的圆极化微波辐射亮温的目的；

所述的冷源和所述的热源分设于所述的极化网格的两侧，所述的极化网格的中心及所述的相位延迟板的中心与微波辐射计测试天线的中心均在系统的中心轴线上；所述的相位延迟板与系统的中心轴线垂直设置；

其特征在于，

所述的极化网格以垂直于极化网格所在面的中心轴为中心可旋转设置；所述的相位延迟板以垂直于相位延迟板所在面的中心轴为中心可旋转设置。

2.根据权利要求1所述的全极化微波辐射计变温源装置，其特征在于，所述的冷/热源的温度保持固定值。

3.根据权利要求1所述的全极化微波辐射计变温源装置，其特征在于，所述的冷/热源的主体是黑体。

4.根据权利要求1所述的全极化微波辐射计变温源装置，其特征在于，所述的极化网格呈圆形。

5.根据权利要求1所述的全极化微波辐射计变温源装置，其特征在于，所述的相位延迟板呈长方形的。

6.根据权利要求1所述的全极化微波辐射计变温源装置，其特征在于，所述的冷源垂直于系统的中心轴线放置，所述的热源平行于系统的中心轴线放置，所述的极化网格设置于所述的冷源的辐射面和所述的热源的辐射面90°夹角的角平分线上。

7.根据权利要求6所述的全极化微波辐射计变温源装置，其特征在于，所述的全极化微波辐射计输出的亮度温度T_h、T_v、T₃、T₄与热源温度T_Hot、冷源温度T_Cold、极化网格旋转角度θ和相位延迟板的旋转角度φ之间的关系表达式为：

$\left(\begin{array}{c}{T}_v\\ T_h\\ T_3\\ T_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccccc}{D}_{a11}& D_{a12}& D_{a13}& D_{a14}& D_{a15}\\ D_{a21}& D_{a22}& D_{a23}& D_{a24}& D_{a25}\\ D_{a31}& D_{a32}& D_{a33}& D_{a34}& D_{a35}\\ D_{a41}& D_{a42}& D_{a43}& D_{a44}& D_{a45}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ \cos 2\mathrm{\φ}\\ \cos 4\mathrm{\φ}\\ \sin 2\mathrm{\φ}\\ \sin 4\mathrm{\φ}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{cc}\frac{2{\cos }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}& \frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ \frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{1+c{\mathrm{os}}^2\mathrm{\θ}}& \frac{2{\cos }^2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ \frac{\sqrt{2}\sin 2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}& -\frac{\sqrt{2}\sin 2\mathrm{\θ}}{1+{\cos }^2\mathrm{\θ}}\\ 0& 0\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{ccc}{r}_{\left|\right|}& t_{\left|\right|}& L_{\left|\right|}\\ r_{\⊥}& t_{\⊥}& L_{\⊥}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{Hot}}\\ T_{\mathrm{Cold}}\\ T_G\end{array}\right)---\left(1\right)$

式(1)中，T_G是金属网格的物理温度；r_||，t_||，L_||分别是网格线方向和电磁波极化方向平行时金属网格的反射系数，传输系数和欧姆损失；t_⊥，t_⊥，L_⊥分别是网格线方向和电磁波极化方向垂直时金属网格的反射系数，传输系数和欧姆损失；矩阵非零元素D_a..(a＝v，h，3，4)与相位延迟板的厚度、电磁波平行和垂直于相位延迟板慢轴的衰减量、电磁波的周期有关。

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