CN110261934A - 地基微波辐射计系统及其定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地基微波辐射计系统及其定标方法，所述系统包括接收机、预设温度的辐射源和将所述辐射源的亮温信号传导至所述接收机的抛物面天线。本发明的地基微波辐射计系统及其定标方法，将内部高温辐射源和内部常温辐射源作为两点定标源，对开关噪声源进行更短周期的定标，克服所述开关噪声源的输出噪声不稳定的问题，大幅提高地基微波辐射计的测量数据的准确性。

Description

地基微波辐射计系统及其定标方法

技术领域

本发明涉及微波遥感、微波制导及精密测量领域，特别是涉及一种地基微波辐射计系统及其定标方法。

背景技术

传统的气象探测方法，比如探空气球、天气雷达，以及卫星遥感等，均具有一定的局限性。探空气球投放成本高，且测量的时间和空间分辨率低；天气雷达仅适用于探测暴雨等天气，对于其他天气则准确率较低；卫星遥感虽然数据量充足，但是在离地面5公里左右的范围内，其测量数据误差较大。而作为一种无源微波遥感仪器，地基微波辐射计可以进行全天观测，并且时间分辨率高，弥补了上述几种常见的气象探测方法的不足。

但是地基微波辐射计的测量数据的准确性直接受到它的定标方式的制约，现有技术中，如图1所示，定标都是通过定期(一般半年或一年一次)用辐射计外部的液氮低温源和内部常温辐射源来对内部开关噪声源定标，然后将定标后的内部开关噪声源和内部的常温辐射源作为定标源对辐射计系统进行定标，这种定标方式存在如下问题：

1)开关噪声源的输出噪声容易随温度的变化而产生波动，因此，半年或一年一次的外部定标，无法保证开关噪声源的输出稳定，也就无法保证辐射计的测量准确度；

2)开关噪声源的输出噪声还会随通带频率的波动而产生波动，而通带频率会随滤波器通带或温度的变化而变化，因此，进一步加大开关噪声源输出噪声的波动，导致辐射计的测量准确度的降低；

3)为了克服温度对开关噪声源输出噪声稳定性的影响，现有技术都是将接收机的温度控制在50℃左右。但是开关噪声源作为电子二极管产品，本身特性除了随温度变化，还会随时间变化，特别是在高温条件下工作，变化会加快，因此，即使克服温度的影响，辐射计的测量准确度依然无法提高；

4)对于某些特殊场合，没有办法运输液氮，所以无法进行液氮定标，因此无法使用地基微波辐射计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地基微波辐射计系统及其定标方法，无需高精度温控和定期外部标定，也能获得高精度的定标。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种地基微波辐射计系统的接收机，所述接收机包括：馈

源喇叭；

波导吸收负载；

开关噪声源；

耦合器；

将所述馈源喇叭的亮温信号传导至所述耦合器，或将所述波导吸收负载的亮温信号传导至所述耦合器的微波选择开关。

优选的，所述微波选择开关为波导开关。

优选的，所述波导开关为机电式波导开关。

本发明还提供了一种地基微波辐射计系统，所述系统包括：

上面所述的任意一种接收机；

预设温度的辐射源；

将所述辐射源的亮温信号传导至所述接收机的抛物面天线。

本发明还提供了一种地基微波辐射计系统的定标方法，所述方法包括：

获取开关噪声源的第第一输出电压；

获取波导吸收负载的第二输出电压；

根据所述第一输出电压和所述第二输出电压，对所述地基微波辐射计系统进行定标。

优选的，所述获取波导吸收负载的第二输出电压，包括：

通过微波选择开关，将波导吸收负载的亮温信号传导至耦合器。

优选的，在获取开关噪声源的第第一输出电压之前，所述方法还包括：

获取预设温度的辐射源的第三输出电压；

获取所述波导吸收负载的第四输出电压；

根据所述第三输出电压和所述第四输出电压，对所述开关噪声源进行定标。

优选的，所述获取预设温度的辐射源的第三输出电压，包括：

通过微波选择开关，将所述馈源喇叭的亮温信号传导至所述耦合器。

优选的，在获取波导吸收负载的第二输出电压之前，所述方法还包括：

对所述波导吸收负载进行外定标。

优选的，所述对所述波导吸收负载进行外定标，包括：

在所述地基微波辐射计系统的抛物面天线处分别放置低温辐射源和高温辐射源，对观测场景的气象进行探测；

根据探测的结果，获取所述波导吸收负载的等效亮温；

根据所述等效亮温，对所述波导吸收负载进行定标。

通过上述技术方案，本发明的地基微波辐射计系统及其定标方法，将内部高温辐射源和内部常温辐射源作为两点定标源，对开关噪声源进行更短周期的定标，克服所述开关噪声源的输出噪声不稳定的问题，大幅提高地基微波辐射计的测量数据的准确性。

附图说明

图1为现有技术中地基微波辐射计系统的结构示意图；

图2为本发明实施例地基微波辐射计系统的结构示意图；

图3为本发明实施例地基微波辐射计系统中波导开关的一种工作状态图的示意图；

图4为本发明实施例地基微波辐射计系统中波导开关的另一种工作状态图的示意图；

图5为本发明实施例地基微波辐射计系统的定标方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种地基微波辐射计系统的接收机，所述接收机包括：

馈源喇叭；

波导吸收负载；

开关噪声源；

耦合器；

将所述馈源喇叭的亮温信号传导至所述耦合器，或将所述波导吸收负载的亮温信号传导至所述耦合器的微波选择开关。

本发明实施例还提供了一种地基微波辐射计系统，所述系统包括：

上面所述的接收机；

预设温度的辐射源；

将所述辐射源的亮温信号传导至所述接收机的抛物面天线。

本发明实施例还提供了一种地基微波辐射计系统的定标方法，所述方法包括：

获取开关噪声源的第第一输出电压；

获取波导吸收负载的第二输出电压；

根据所述第一输出电压和所述第二输出电压，对所述地基微波辐射计系统进行定标。

本发明实施例的原理：将内部高温辐射源和内部常温辐射源作为两点定标源，对开关噪声源进行更短周期的定标，克服所述开关噪声源的输出噪声不稳定的问题，大幅提高地基微波辐射计的测量数据的准确性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

如图2所示，本发明实施例提供了一种地基微波辐射计系统，所述系统包括：

接收机11；

预设温度的辐射源；

将所述辐射源的亮温信号传导至所述接收机11的抛物面天线21。

其中，所述辐射源的预设温度为：100～150℃，一般称之为高温辐射源31。这样，所述辐射源的亮温性能更稳定，也不会随时间变化，是优选方式。

其中，所述接收机11包括：

馈源喇叭111；

波导吸收负载112；

开关噪声源113；

耦合器114；

将所述馈源喇叭111的亮温信号传导至所述耦合器114，或将所述波导吸收负载112的亮温信号传导至所述耦合器114的微波选择开关115。这样，所述接收机11通过微波选择开关115的转换，既可以通过所述馈源喇叭111接收到所述接收机11外部的高温辐射源31或低温辐射源的亮温信号对所述波导吸收负载112进行外部定标，也能通过所述馈源喇叭111接收到所述接收机11外部的高温辐射源31，配合所述波导吸收负载112的亮温信号对开关噪声源113进行定标，还能通过波导吸收负载112和开关噪声源113对地基微波辐射计系统进行定标，克服所述开关噪声源113的输出噪声不稳定的问题，大幅提高地基微波辐射计的测量数据的准确性，是优选方式。

其中，所述微波选择开关115为波导开关。选用波导开关，具有驻波低、插入损耗小、功率容量大的特点，是优选方式，本领域技术人员能够理解，也可以是其它选择开关。图3、图4示出了波导开关的两种工作状态，其中图3为所述接收机11通过所述馈源喇叭111、所述耦合器114接收所述高温辐射源31的亮温信号，图4为所述接收机11通过所述耦合器114接收所述波导接收负载的亮温信号。

其中，所述波导开关为机电式波导开关，机电式波导开关具有结构简单、成本低的优点，是优选方式；能够理解，也可以是其它波导开关，例如，可以是铁氧体波导开关。

实施例二

如图5所示，本发明实施例还提供了一种地基微波辐射计系统的定标方法，所述方法包括：

步骤501：对所述波导吸收负载112进行外定标。具体包括：

在所述地基微波辐射计系统的抛物面天线21处分别放置低温辐射源和高温辐射源31，对观测场景的气象进行探测；

根据探测的结果，获取所述波导吸收负载112的等效亮温；

根据所述等效亮温，对所述波导吸收负载112进行定标。

由于波导吸收负载112通过波导开关切换存在一定损耗，所以需要进行外定标，但是所述外定标只需一年定标一次，就可保证测量精度。

上述外定标中的低温辐射源为液氮，高温辐射源31可以是高温黑体，即黑体的温度为100～150℃；

具体地，在没有液氮时，可以用常温辐射源代替低温辐射源，虽然定标精度略有下降，但是影响不大，常温辐射源可以是常温黑体，即黑体的温度为20～25摄氏度。因此可以将低温辐射源和常温辐射源合称为常/低温辐射源41，常/低温辐射41位于所述地基微波辐射计系统的外面，仅在外定标时才用到，见图2。

步骤502：获取高温辐射源31的输出电压。具体包括：

通过微波选择开关115，将所述馈源喇叭111的亮温信号传导至所述耦合器114。

这里的高温辐射源31为上述的高温黑体，高温黑体的亮温信号通过抛物面天线21传导至馈源喇叭111，再通过馈源喇叭111传导至接收机11。

步骤503：获取所述波导吸收负载112的输出电压。具体包括：

通过微波选择开关115，将所述波导吸收负载112的亮温信号传导至所述耦合器115。这里的波导吸收负载112为经过步骤501的外定标的波导吸收负载112，这样，才能更准确的对开关噪声源113进行定标；

步骤504：对所述开关噪声源113进行定标。具体地，根据所述高温辐射源31的输出电压和所述波导吸收负载112的输出电压，对所述开关噪声源113进行定标。这样，可以克服开关噪声源113的输出噪声不稳定的问题。本步骤的实施周期为5～10分钟一次，即可保证测量精度；

步骤505：获取开关噪声源113的输出电压；这里的开关噪声源113为经过步骤504定标后的开关噪声源113，这样，才能更准确的对地基微波辐射计系统进行定标；

步骤506：获取波导吸收负载112的输出电压；具体包括：

通过微波选择开关115，将所述波导吸收负载112的亮温信号传导至所述耦合器115。同样的，这里的波导吸收负载112为经过步骤501的外定标的波导吸收负载112；

步骤507：对所述地基微波辐射计系统进行定标。具体地，根据所述开关噪声源113的输出电压和所述波导吸收负载112的输出电压，对所述地基微波辐射计系统进行定标。这里的定标，同样是采用两点定标法，但是由于两个定标点本身也经过了定标，尤其是所述开关噪声源，会在5～10分钟的周期内定标一次，因此能够克服以往定标方法中所述开关噪声源113的输出噪声不稳定的问题，大幅提高地基微波辐射计的测量数据的准确性。

而且，本步骤的定标的实施周期最短可以是1s，基本实现实时定标，使地基微波辐射计系统的性能更稳定。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地基微波辐射计系统的接收机，其特征在于，所述接收机包括：

馈源喇叭；

波导吸收负载；

开关噪声源；

耦合器；

将所述馈源喇叭的亮温信号传导至所述耦合器，或将所述波导吸收负载的亮温信号传导至所述耦合器的微波选择开关。

2.如权利要求1所述的地基微波辐射计系统的接收机，其特征在于，所述微波选择开关为波导开关。

3.如权利要求2所述的地基微波辐射计系统的接收机，其特征在于，所述波导开关为机电式波导开关。

4.一种地基微波辐射计系统，其特征在于，所述系统包括：

权利要求1～3任一项所述的接收机；

预设温度的辐射源；

将所述辐射源的亮温信号传导至所述接收机的抛物面天线。

5.一种地基微波辐射计系统的定标方法，其特征在于，所述方法包括：

获取开关噪声源的第第一输出电压；

获取波导吸收负载的第二输出电压；

根据所述第一输出电压和所述第二输出电压，对所述地基微波辐射计系统进行定标。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取波导吸收负载的第二输出电压，包括：

通过微波选择开关，将波导吸收负载的亮温信号传导至耦合器。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在获取开关噪声源的第第一输出电压之前，所述方法还包括：

获取预设温度的辐射源的第三输出电压；

获取所述波导吸收负载的第四输出电压；

根据所述第三输出电压和所述第四输出电压，对所述开关噪声源进行定标。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取预设温度的辐射源的第三输出电压，包括：

通过微波选择开关，将所述馈源喇叭的亮温信号传导至所述耦合器。

9.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在获取波导吸收负载的第二输出电压之前，所述方法还包括：

对所述波导吸收负载进行外定标。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对所述波导吸收负载进行外定标，包括：

在所述地基微波辐射计系统的抛物面天线处分别放置低温辐射源和高温辐射源，对观测场景的气象进行探测；

根据探测的结果，获取所述波导吸收负载的等效亮温；

根据所述等效亮温，对所述波导吸收负载进行定标。