CN110196401B - 一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法 - Google Patents

一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法，用于测量并校正综合孔径相控阵微波辐射计系统每路通道的放大器增益与通道噪声亮温所带来的误差，提高系统测量精度，改善成像结果质量。本方法弥补了目前综合孔径相控阵微波辐射计在定标方面定标系统复杂、测量效率低的不足，解决了综合孔径相控阵微波辐射计系统高精度定量化测量的难题，带来了定标方案实现简单、可靠性高、测量效率高的优点。

Description

一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法
技术领域
本发明涉及一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法，属于微波遥感领域。
背景技术
根据热辐射理论，任何温度在绝对零度以上的物体均会向外辐射电磁波。这种辐射是由物体自身产生的，而不是对外界能量的直接反射，我们将物体在微波频段辐射出的电磁波称作微波辐射信号。利用微波辐射信号以识别、分析地物并提取所需信息的设备称为微波辐射计。综合孔径相控阵微波辐射计就是一种微波辐射探测体制，其一维通过综合孔径技术，另外一维通过相控阵技术实现二维成像，具备较小规模的数字接收通道和复相关单元运算，此外具备良好的分辨率以及灵敏度，能够很好的满足远距离目标辐射探测应用需求，提升我国在空中及海面反隐身能力。
综合孔径相控阵微波辐射计需要大量的天线单元与放大移相网络，会引入大量误差，带来通道间的不一致性，从而对降低观测场景的测量精度，影响成像结果。作为一种新体制的微波辐射计，暂时没有人对综合孔径相控阵微波辐射计提出过系统的定标方案，其需要一套完整的系统定标方案，解决综合孔径相控阵微波辐射计高精度定量化测量的难题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，对综合孔径相控阵微波辐射计系统的定标都是对每路通道分别进行误差测量和定标工作，导致定标系统复杂、测量效率低的问题，提出了一种专门针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统，包括相控天线阵模块、冷热源定标模块；
相控天线阵模块：包括M组相控阵网络，每组包括N路相控阵天线，根据外部天线选择接收观测场景信号或噪声注入信号或匹配负载信号，对每组相控阵网络中的一路相控阵天线接收的信号进行切换，使该路相控阵天线接收的信号种类不同于该组中其他路相控阵天线接收的信号，并以组为单位，向冷热源定标模块输出修改接收信号类型同时进行信号增强及信号移相处理后的信号；
冷热源定标模块：通过选定热源、冷源器件，测量相控阵天线模块输出的每组输出信号的亮温，对放大处理后输出的信号进行定标，获取相控阵天线模块中每路相控阵天线中所选放大器模块的放大增益及该路自带通道噪声亮温。
所述相控天线阵模块中的每路相控阵天线均包括信号注入通道、噪声注入单元、选择开关a、匹配负载a、放大器、移相器、选择开关b、匹配负载b、信号输出通道，其中：
信号注入通道：根据选择开关a的切换状态对外部传送的观测场景信号进行接收；
噪声注入单元：根据选择开关a的切换状态进行噪声信号注入；
匹配负载a：根据选择开关a的切换状态接入匹配负载a，并通过匹配负载a注入匹配负载信号；
放大器：对接入的匹配负载信号或噪声信号或观测场景信号进行放大处理；
移相器：对放大处理后信号进行移相处理；
匹配负载b：根据选择开关b的切换状态接入匹配负载b，并通过匹配负载b注入匹配负载信号；
信号输出通道：输出该路相控阵天线处理过的最终输出信号。
所述匹配负载a与匹配负载b的注入的匹配负载信号亮温通过亮温传感器测量得到。
所述冷热源定标模块包括信号输入通道、热源、冷源、选择开关c，其中：
信号输入通道：接收由每组相控阵网络汇总得到的该组所有相控阵天线得到的输出信号；
热源：用于与冷源配合计算信号亮温；
冷源：用于与热源配合计算信号亮温；
选择开关c：负责在热源、冷源与信号接收通道之间进行切换。
还包括控制机，所述相控天线阵模块中的所有选择开关a、选择开关b、选择开关c均通过控制机进行开关切换，且不同信号注入通道对应的不同选择开关a、选择开关b、选择开关c之间状态切换互不影响。
一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，步骤如下：
(1)选定冷热源定标模块元器件，根据热源电压测量值及热源亮温、冷源电压测量值及冷源亮温确定该模块的定标斜率K和定标偏置b；
(2)将各组相控阵网络中其中一路作为选中路，将该路相控阵天线的选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线其他路信号注入通道通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，选择开关a状态不变，测量此时各组相控阵网络的输出电压，并计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温与其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
(3)在步骤(2)的基础上，对各组相控阵网络选中路选择开关a的状态进行切换，将匹配负载a接入电路，并根据此时各组相控阵网络的输出电压，计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后输出接入匹配负载a后的信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温、其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
(4)根据步骤(2)所得信号亮温总和、步骤(3)所得信号亮温总和，利用注入的噪声信号亮温、匹配负载a信号亮温、匹配负载b信号亮温计算各组相控阵网络中选中路通道内的放大器增益和通道自身噪声亮温；
(5)更改各组相控阵网络中的选中路，重复步骤(2)～步骤(4)，直至完成对各组相控阵网络中各路放大器增益及通道自身噪声亮温的标定。
所述步骤(1)中，所述信号输入通道的标斜率K和定标偏置b的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000041
Figure BDA0002073888450000042
式中，Vhot为热源电压测量值，Vcold为冷源电压测量值，
Figure BDA0002073888450000043
为热源亮温，
Figure BDA0002073888450000044
为冷源亮温。
所述步骤(2)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TN的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000045
式中，VN为噪声注入单元信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置。
所述步骤(3)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TU的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000046
式中，VU为匹配负载a信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置。
所述步骤(4)，各组相控阵通道放大器增益的计算方法为：
Figure BDA0002073888450000047
式中，Gmn表示第m组相控阵网络中第n路的放大器增益，
Figure BDA0002073888450000048
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000049
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载信号a时相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000051
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000052
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温。
各组相控阵天线接收机噪声温度的计算方法为：
Figure BDA0002073888450000053
式中，
Figure BDA0002073888450000054
表示第m组相控阵网络中第n路的接收通道噪声，
Figure BDA0002073888450000055
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000056
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载a信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000057
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000058
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000059
表示第m组相控阵网络中第i路匹配负载b信号的已知亮温。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提出了一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法，针对目前暂时没有系统的综合孔径相控阵定标技术的问题，提出了可以多路同时进行定标的定标系统及方法，通过在定标过程中切换系统接入器件的状态，将每组相控阵网络中的某一路通道设置为与其他路通道不同的工作模式，依次实现对系统多路通道的误差测量，同时对各组中的该路通道进行误差测量，实现多路同时定标，降低了系统复杂度，提高了系统定标效率，简化了定标操作，缩短了定标时间，同时提出了对定标系统中所需元器件属性的精确算法，简化了计算过程，操作简单，结构清晰，计算精度高。
附图说明
图1为发明提供的定标系统示意图；
图2为发明提供的定标方法流程图；
具体实施方式
一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法，定标系统包括三部分，如图1所示，分别为相控天线阵模块、冷热源定标模块、综合孔径模块，其中，各模块功能如下：
相控天线阵模块：包括M组相控阵网络，每组包括N路相控阵天线，根据外部天线选择接收观测场景信号或噪声信号或匹配负载信号，对每组相控阵网络中的一路相控阵天线接收的信号进行切换，使该路相控阵天线接收的信号种类不同于该组中其他路相控阵天线接收的信号，并以组为单位，向冷热源定标模块输出修改接收信号类型同时进行信号增强及信号移相处理后的信号；
相控天线阵模块包括信号注入通道、噪声注入单元、选择开关a、匹配负载a、放大器、移相器、选择开关b、匹配负载b、信号输出通道，其中：
信号注入通道：根据选择开关a的切换状态对外部传送的观测场景信号进行接收；
噪声注入单元：根据选择开关a的切换状态进行噪声信号注入；
匹配负载a：根据选择开关a的切换状态接入匹配负载a，并通过匹配负载a注入匹配负载信号；
放大器：对接入的匹配负载信号或噪声信号或观测场景信号进行放大处理；
移相器：对放大处理后信号进行移相处理；
匹配负载b：根据选择开关b的切换状态接入匹配负载b，并通过匹配负载b注入匹配负载信号；
信号输出通道：输出该路相控阵天线处理过的最终输出信号。
冷热源定标模块：通过选定热源、冷源器件，测量相控阵天线模块输出的每组输出信号的亮温，对放大处理后输出信号进行定标，获取相控阵天线模块中每路相控阵天线中所选放大器模块的放大增益及该路自带通道噪声亮温；
冷热源定标模块包括信号输入通道、热源、冷源、选择开关c，其中：
信号输入通道：接收由每组相控阵网络汇总得到的该组所有相控阵天线得到的输出信号；
热源：用于与冷源配合计算信号亮温；
冷源：用于与热源配合计算信号亮温；
选择开关c：负责在热源、冷源与信号接收通道之间进行切换。
综合孔径模块：对冷热源定标模块输出的定标后的多路信号两两之间进行复相关运算，得到系统可见度函数，然后通过误差校正技术和反演算法对可见度函数进行反演后就得到了场景的亮温分布图像。
同时，在该系统中，还包括控制机，所述相控天线阵模块中的所有选择开关a、选择开关b、选择开关c均通过控制机进行开关切换，且不同信号注入通道对应的不同选择开关a、选择开关b、选择开关c之间状态切换互不影响。
利用上述的定标系统，通过如下的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，可以完成信号的定标，如图2所示，具体步骤如下：
(1)选定冷热源定标模块元器件，根据热源电压测量值及热源亮温、冷源电压测量值及冷源亮温确定该模块的定标斜率K和定标偏置b；
步骤(1)中，所述信号输入通道的定标斜率K和定标偏置b的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000071
Figure BDA0002073888450000072
式中，Vhot为热源电压测量值，Vcold为冷源电压测量值，
Figure BDA0002073888450000073
为热源亮温，
Figure BDA0002073888450000074
为冷源亮温；
(2)将各组相控阵网络中其中一路作为选中路，将该路相控阵天线的选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线其他路信号注入通道通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，选择开关a状态不变，测量此时各组相控阵网络的输出电压，并计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温与其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
步骤(2)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TN的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000081
式中，VN为噪声注入单元信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置；
其中，以选中路为第1路为例，各组相控阵网络选中路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温与其他路匹配负载b信号亮温三者之和
Figure BDA0002073888450000082
的关系式如下：
Figure BDA0002073888450000083
其中
Figure BDA0002073888450000084
为第m组第1路注入的噪声信号亮温，根据具体型号任务进行设定，同时可以测量得到，Gm1为该路放大器增益，
Figure BDA0002073888450000085
为该路通道自身噪声亮温，
Figure BDA0002073888450000086
为第m组相控阵网络中第2路至第N路的匹配负载b的信号亮温之和，
(3)在步骤(2)的基础上，对各组相控阵网络选中路选择开关a的状态进行切换，将匹配负载a接入电路，并根据此时各组相控阵网络的输出电压，计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后输出接入匹配负载a后的信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温、其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
步骤(3)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TU的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000087
式中，VU为匹配负载a信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置；
其中，以选中路为第1路为例，各组相控阵网络选中路经放大器放大后输出接入匹配负载a后的信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温、其他路匹配负载b信号亮温三者之和
Figure BDA0002073888450000091
的关系式如下：
Figure BDA0002073888450000092
其中TUm1-a为第m组第1路匹配负载a信号亮温，根据具体型号任务进行设定，同时可以测量得到，Gm1为该路放大器增益，
Figure BDA0002073888450000093
为该路通道自身噪声亮温，
Figure BDA0002073888450000094
为第m组相控阵网络中第2路至第N路的匹配负载b的信号亮温之和，
(4)根据步骤(2)所得信号亮温总和、步骤(3)所得信号亮温总和，利用注入的噪声信号亮温、匹配负载a信号亮温、匹配负载b信号亮温计算各组相控阵网络中选中路通道内的放大器增益和通道自身噪声亮温；
其中，各组相控阵通道放大器增益的计算方法为：
Figure BDA0002073888450000095
式中，Gmn表示第m组相控阵网络中第n路的放大器增益，
Figure BDA0002073888450000096
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时该组相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000097
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载信号a时该组相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000098
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000099
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温；
各组相控阵天线接收机噪声温度的计算方法为：
Figure BDA00020738884500000910
式中，
Figure BDA00020738884500000911
表示第m组相控阵网络中第n路的接收通道噪声，
Figure BDA00020738884500000912
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure BDA00020738884500000913
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载a信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure BDA00020738884500000914
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000101
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000102
表示第m组相控阵网络中第i路匹配负载b信号的已知亮温；
在所有上述步骤中，计算单路放大器增益及通道自身噪声亮温时，均可使用上述通式，或利用步骤(2)、步骤(3)中式子进行联立计算。
(5)更改各组相控阵网络中的选中路，继续将各组相控阵网络中下一路选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线其它路通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，重复步骤(2)～步骤(4)，直至完成对各组相控阵网络中各路放大器增益及通道自身噪声亮温的标定。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统及方法，设置相控天线阵模块、冷热源定标模块、综合孔径模块，其中相控天线阵模块为M组N路的通路，通过将各组中任意一路作为特殊路进行调整，保持其他路状态相同，测量当前所需的试验数据，同时在下一组开始时调换特殊路，具体步骤如下：
(1)选定冷热源定标模块元器件，根据热源电压测量值及热源亮温、冷源电压测量值及冷源亮温确定该模块的定标斜率K和定标偏置b；
步骤(1)中，所述信号输入通道的定标斜率K和定标偏置b的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000103
Figure BDA0002073888450000104
式中，Vhot为热源电压测量值，Vcold为冷源电压测量值，
Figure BDA0002073888450000105
为热源亮温，
Figure BDA0002073888450000106
为冷源亮温；
(2)将各组相控阵网络中其中一路作为选中路，将该路相控阵天线的选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线其他路信号注入通道通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，选择开关a状态不变，测量此时各组相控阵网络的输出电压，并计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温与其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
步骤(2)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TN的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000111
式中，VN为噪声注入单元信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置；
其中，各组相控阵网络选中路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温与其他路匹配负载b信号亮温三者之和
Figure BDA0002073888450000112
的关系式如下：
Figure BDA0002073888450000113
其中
Figure BDA0002073888450000114
为第m组第1路注入的噪声信号亮温，根据具体型号任务进行设定，同时可以测量得到，Gm1为该路放大器增益，
Figure BDA0002073888450000115
为该路通道自身噪声亮温，
Figure BDA0002073888450000116
为第m组相控阵网络中第2路至第N路的匹配负载b的信号亮温之和，
(3)在步骤(2)的基础上，对各组相控阵网络选中路选择开关a的状态进行切换，将匹配负载a接入电路，并根据此时各组相控阵网络的输出电压，计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后输出接入匹配负载a后的信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温、其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
步骤(3)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TU的计算方法如下：
Figure BDA0002073888450000117
式中，VU为匹配负载a信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置；
其中，各组相控阵网络选中路经放大器放大后输出接入匹配负载a后信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温、其他路匹配负载b信号亮温三者之和
Figure BDA0002073888450000121
的关系式如下：
Figure BDA0002073888450000122
其中TUm1-a为第m组第1路匹配负载a信号亮温，根据具体型号任务进行设定，同时可以测量得到，Gm1为该路放大器增益，
Figure BDA0002073888450000123
为该路通道自身噪声亮温，
Figure BDA0002073888450000124
为第m组相控阵网络中第2路至第N路的匹配负载b的信号亮温之和，同时，在步骤(6)中，需要进行提前操作和设定的通道变为第2路，整体计算式与上述步骤(3)中出现的计算式关系相同，但公式内具体参数不同；
(4)根据步骤(2)所得信号亮温总和、步骤(3)所得信号亮温总和，利用注入的噪声信号亮温、匹配负载a信号亮温、匹配负载b信号亮温计算各组相控阵网络中第1路通道内的放大器增益和通道自身噪声亮温；
(5)将各组相控阵网络第2路选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线第1路、第3路至第M路信号注入通道通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，选择开关a状态不变，测量此时各组相控阵网络的输出电压，并计算各组相控阵网络第2路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络第2路通道自身噪声亮温与第1路、第3路至第N路匹配负载b信号亮温三者之和；
(6)在步骤(5)的基础上，对各组相控阵网络第2路选择开关a的状态进行切换，将匹配负载a接入电路，并根据此时各组相控阵网络的输出电压，并计算各组相控阵网络第2路经放大器放大后输出接入匹配负载a后的信号亮温、各组相控阵网络第2路通道自身噪声亮温、第1路、第3路至第N路匹配负载b信号亮温三者之和；
(7)根据步骤(5)所得信号亮温总和、步骤(6)所得信号亮温总和，利用注入的噪声信号亮温、匹配负载a信号亮温、匹配负载b信号亮温计算各组相控阵网络中第2路通道内的放大器增益和通道自身噪声亮温；
其中，各组相控阵通道放大器增益的计算方法为：
Figure BDA0002073888450000131
式中，Gmn表示第m组相控阵网络中第n路的放大器增益，
Figure BDA0002073888450000132
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时该组相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000133
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载信号a时该组相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000134
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure BDA0002073888450000135
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温；
各组相控阵天线接收机噪声温度的计算方法为：
Figure BDA0002073888450000136
式中，
Figure BDA0002073888450000137
表示第m组相控阵网络中第n路的接收通道噪声，
Figure BDA0002073888450000138
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure BDA0002073888450000139
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载a信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure BDA00020738884500001310
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure BDA00020738884500001311
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温，
Figure BDA00020738884500001312
表示第m组相控阵网络中第i路匹配负载b信号的已知亮温；
在所有上述步骤中，计算单路放大器增益及通道自身噪声亮温时，均可使用上述通式，或利用步骤(2)、步骤(3)中式子进行联立计算。
(8)继续将各组相控阵网络中下一路选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线其它路通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，重复步骤(2)～步骤(4)，直至完成对各组相控阵网络中各路放大器增益及通道自身噪声亮温的标定。
得到试验数据如下表：
Figure BDA0002073888450000141
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，其特征在于步骤如下：
(1)选定冷热源定标模块元器件，根据热源电压测量值及热源亮温、冷源电压测量值及冷源亮温确定该模块的定标斜率K和定标偏置b；
(2)将各组相控阵网络中其中一路作为选中路，将该路相控阵天线的选择开关a对应的噪声注入单元接入电路，选择开关b切换为无负载接通状态，作为该路初始连接状态，将各组相控阵天线其他路信号注入通道通过选择开关b将对应的匹配负载b接入电路，选择开关a状态不变，测量此时各组相控阵网络的输出电压，并计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后的噪声信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温与其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
(3)在步骤(2)的基础上，对各组相控阵网络选中路选择开关a的状态进行切换，将匹配负载a接入电路，并根据此时各组相控阵网络的输出电压，计算各组相控阵网络选中路经放大器放大后输出接入匹配负载a后的信号亮温、各组相控阵网络选中路通道自身噪声亮温、其他路匹配负载b信号亮温三者之和；
(4)根据步骤(2)所得信号亮温总和、步骤(3)所得信号亮温总和，利用注入的噪声信号亮温、匹配负载a信号亮温、匹配负载b信号亮温计算各组相控阵网络中选中路通道内的放大器增益和通道自身噪声亮温；
(5)更改各组相控阵网络中的选中路，重复步骤(2)～步骤(4)，直至完成对各组相控阵网络中各路放大器增益及通道自身噪声亮温的标定；
其中，定标方法所采用的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标系统，包括相控天线阵模块、冷热源定标模块；
相控天线阵模块：包括M组相控阵网络，每组包括N路相控阵天线，根据外部天线选择接收观测场景信号或噪声注入信号或匹配负载信号，对每组相控阵网络中的一路相控阵天线接收的信号进行切换，使切换路的相控阵天线接收的信号种类不同于切换路所处组中其他路相控阵天线接收的信号，并以组为单位，向冷热源定标模块输出接收的信号类型同时进行信号增强及信号移相处理后的信号；
其中，所述相控天线阵模块中的每路相控阵天线均包括信号注入通道、噪声注入单元、选择开关a、匹配负载a、放大器、移相器、选择开关b、匹配负载b、信号输出通道，其中：
信号注入通道：根据选择开关a的切换状态对外部传送的观测场景信号进行接收；
噪声注入单元：根据选择开关a的切换状态进行噪声信号注入；
匹配负载a：根据选择开关a的切换状态接入匹配负载a，并通过匹配负载a注入匹配负载信号；
放大器：对接入的匹配负载信号或噪声信号或观测场景信号进行放大处理；
移相器：对放大处理后信号进行移相处理；
匹配负载b：根据选择开关b的切换状态接入匹配负载b，并通过匹配负载b注入匹配负载信号；
信号输出通道：输出该路相控阵天线处理过的最终输出信号；
匹配负载a与匹配负载b的注入的匹配负载信号亮温通过亮温传感器测量得到；
冷热源定标模块：通过选定热源、冷源器件，测量相控阵天线模块输出的每组输出信号的亮温，对放大处理后输出的信号进行定标，获取相控阵天线模块中各路相控阵天线中所选放大器模块的放大增益及各路自带通道噪声亮温；
其中，冷热源定标模块包括信号输入通道、热源、冷源、选择开关c，其中：
信号输入通道：接收由每组相控阵网络汇总得到的所有相控阵天线得到的输出信号；
热源：用于与冷源配合计算信号亮温；
冷源：用于与热源配合计算信号亮温；
选择开关c：负责在热源、冷源与信号接收通道之间进行切换；
还包括控制机，所述相控天线阵模块中的所有选择开关a、选择开关b、选择开关c均通过控制机进行开关切换，且不同信号注入通道对应的不同选择开关a、选择开关b、选择开关c之间状态切换互不影响。
2.根据权利要求1所述的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述信号输入通道的定标斜率K和定标偏置b的计算方法如下：
Figure FDA0002872892470000041
Figure FDA0002872892470000042
式中，Vhot为热源电压测量值，Vcold为冷源电压测量值，
Figure FDA0002872892470000043
为热源亮温，
Figure FDA0002872892470000044
为冷源亮温。
3.根据权利要求1所述的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，其特征在于：所述步骤(2)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TN的计算方法如下：
Figure FDA0002872892470000045
式中，VN为噪声注入单元信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置。
4.根据权利要求1所述的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，其特征在于：所述步骤(3)中，各组相控阵网络输出的信号亮温总和TU的计算方法如下：
Figure FDA0002872892470000046
式中，VU为匹配负载a信号接入时冷热源定标模块中信号输入通道测量得到的电压值，K为定标斜率，b为定标偏置。
5.根据权利要求1所述的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，其特征在于：所述步骤(4)，各组相控阵通道放大器增益的计算方法为：
Figure FDA0002872892470000051
式中，Gmn表示第m组相控阵网络中第n路的放大器增益，
Figure FDA0002872892470000052
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure FDA0002872892470000053
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载信号a时相控阵网络信号输出通道输出的亮温，
Figure FDA0002872892470000054
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure FDA0002872892470000055
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温。
6.根据权利要求1所述的一种针对综合孔径相控阵微波辐射计的定标方法，其特征在于：各组相控阵天线接收机噪声温度的计算方法为：
Figure FDA0002872892470000056
式中，
Figure FDA0002872892470000057
表示第m组相控阵网络中第n路的接收通道噪声，
Figure FDA0002872892470000058
表示第m组相控阵网络中第n路接入噪声注入单元信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure FDA0002872892470000059
表示第m组相控阵网络中第n路接入匹配负载a信号时该组相控阵网络输出的亮温，
Figure FDA00028728924700000510
表示第m组相控阵网络中第n路噪声注入单元信号的已知亮温，
Figure FDA00028728924700000511
表示第m组相控阵网络中第n路匹配负载a信号的已知亮温，
Figure FDA00028728924700000512
表示第m组相控阵网络中第i路匹配负载b信号的已知亮温。
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