CN110455416B - 一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，属于微波辐射计定标技术领域。所述定标方法中卫星搭载的微波辐射计的工作波段在微波波段1‑1000GHz，天线主波束3dB波束宽度小于0.25度；所述定标方法，包括以下步骤：步骤一、在天线主反射面A、副反射面BC和卫星本体D安装温度监测装置；步骤二、分析天线主反射面、副反射面和卫星本体在各自观测范围内的辐射能量占比；步骤三、计算接收机接收到的大气亮温TT.具有精度高、成本低以及便于推广的优点，适合于作为星载大口径天线微波辐射计定标方法。

Description

一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法
技术领域
本发明涉及一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，属于微波辐射计定标技术领域。
背景技术
在微波和毫米波波段，卫星搭载的微波辐射计为了提高足够的空间分辨率观测地球，不得不采用大口径的天线来缩小天线波束宽度，天线口径往往达到几米甚至几十米，而暴露在外的天线主反射面和副反射面,将受到太阳辐射的影响产生温度的变化，这些温度的变化将影响精确定标。
发明内容
本发明的目的是针对现有微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法的定标精度低的技术问题，提出了一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法。
本发明采用的技术方案如下：
所述的基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法所依托的卫星搭载的微波辐射计的工作波段在微波波段1-1000GHz，天线主波束3dB波束宽度小于0.25度；
所述亮温订正方法，包括以下步骤：
步骤一、在天线主反射面A、副反射面BC和卫星本体D安装温度监测装置，具体包括如下子步骤：
步骤1.1在天线主反射面A贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TAij，并按照天线面大小，将探测点位置设置成网格状，网格间距1/10天线直径，网格布满整个天线主反射面；
其中，天线主反射面上网格间距为天线直径的1/5到1/20；
其中，第i行第j列的温度位置，记为Aij；
步骤1.2在第一副反射面B贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TBij，并按照第一副反射面大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个第一副反射面；
其中，第i行第j列的温度位置，记为Bij；
并按照天线面大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个天线主反射面；
其中，第一副反射面上网格间距为第一副反射面天线直径的1/5到1/20；
步骤1.3在第二副反射面C贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TCij，并按照第二副反射面大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个第二副反射面；
其中，第i行第j列的温度位置，记为Cij；
其中，第二副反射面上网格间距为该第二副反射面天线直径的1/5到1/20；
步骤1.4在卫星本体D贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TDij，并按照卫星本体大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个卫星本体；
其中，第i行第j列的温度位置，记为Dij；
其中，卫星本体D上网格间距为卫星本体D天线直径的1/5到1/20；
步骤二、分析天线主反射面、副反射面和卫星本体在各自观测范围内的辐射能量占比，具体包括如下子步骤：
步骤2.1忽略冷空，分析天线主反射面接收能量来源占比，天线主反射面天线方向图f1主瓣指向地球、副瓣指向副反射面BC和卫星本体D；
其中，副瓣指向副反射面BC包括第一副反射面B和第二副反射面C；
地球辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e1％；
第一副反射面B辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e2％；
第二副反射面C辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e3％；
卫星本体D辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e4％；
其中，e1％+e2％+e3％+e4％＝1；
步骤2.2忽略冷空，分析第一副反射面接收能量来源占比，第一副反射面天线方向图f2主瓣指向天线主反射面、副瓣指向第二反射面C、卫星本体D和地球；
天线主反射面辐射能量占第一副反射面天线方向图f2接收的k1％；
第二副反射面C辐射能量占第一副反射面天线方向图f2接收的k2％；
卫星本体D辐射能量占第一副反射面天线方向图f2接收的k3％；
地球辐射能量占第一副反射面天线方向图f2主接收的k4％；
其中，k1％+k2％+k3％+k4％＝1；
步骤2.3忽略冷空，分析第二副反射面接收能量来源占比，第二副反射面天线方向图f3主瓣指向第一副反射面、副瓣指向天线主反射面A、卫星本体D和地球；
第一副反射面辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h1％；
天线主反射面A辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h2％；
卫星本体D辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h3％；
地球辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h4％；
其中，h1％+h2％+h3％+h4％＝1；
步骤2.4忽略冷空，分析接收机接收能量来源占比，接收机天线方向图f4主瓣指向第二副反射面，副瓣指向天线主反射面A、第二反射面B、卫星本体D和地球；
第二副反射面C辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j1％；
天线主反射面A辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j2％；
第一副反射面B辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j3％；
卫星本体D辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j4％；
地球辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j5％；
其中，j1％+j2％+j3％+j4％+j5％＝1；
步骤三、计算天线主反射面接收亮温、第一副反射面接收亮温、第二副反射面接收亮温以及接收机接收亮温，具体包括如下子步骤：
步骤3.1计算天线主反射面接收亮温TAA；
TAA＝TE*e1％+TB*e2％+TC*e3％+TD*e4％；
其中，e1％代表计算天线主反射面接收亮温时地球温度TE的能量占比；
e2％代表计算天线主反射面接收亮温时第一副反射面温度TB的能量占比；
e3％代表计算天线主反射面接收亮温时第二副反射面温度TC的能量占比；
e4％代表计算天线主反射面接收亮温时卫星本体TD的能量占比；
其中，e1％、e2％、e3％以及e4％各比例根据各自占天线方向图的空间角度范围和天线方向图值大小对应权重决定；角度越宽，对应天线方向图增益数值越大，则占比越高；
其中，TB是遍历步骤1.2中所有第i行第j列的第一副反射面温度TB探测点温度TBij的平均值；
步骤3.2计算第一副反射面接收亮温TBB；
TBB＝TAA*k1％+TC*k2％+TD*k3％+TE*k4％；
其中，k1％代表计算第一副反射面接收亮温TBB时天线主反射面接收亮温TAA的能量占比；
k2％代表计算第一副反射面接收亮温TBB时第二副反射面温度TC的能量占比；
k3％代表计算第一副反射面接收亮温TBB时卫星本体TD的能量占比；
k4％代表计算第一副反射面接收亮温TBB时地球温度TE的能量占比；
其中，TC是遍历步骤1.3中所有第i行第j列的第二副反射面温度TC探测点温度TCij的平均值；
其中，TD是遍历步骤1.4中所有第i行第j列的卫星本体TD探测点温度TDij的平均值；
步骤3.3计算第二副反射面接收亮温TCC；
TCC＝TBB*h1％+TA*h2％+TD*h3％+TE*h4％；
其中，h1％代表计算第二副反射面接收亮温时第一副反射面接收亮温的能量占比；
h2％代表计算第二副反射面接收亮温时天线主反射面A温度TA的能量占比；
其中，TA是遍历步骤1.1中所有第i行第j列的天线主反射面A探测点温度TAij的平均值；
h3％代表计算第二副反射面接收亮温时卫星本体TD的能量占比；
h4％代表计算第二副反射面接收亮温时地球温度TE的能量占比；
步骤3.4计算接收机接收大气亮温TT；
TT＝TCC*j1％+TA*j2％+TB*j3％+TD*j4％+TE*j5％；
其中，j1％代表计算接收机接收大气亮温时第二副反射面接收亮温的能量占比；
j2％代表计算接收机接收大气亮温时天线主反射面A温度TA的能量占比；
j3％代表计算接收机接收大气亮温时的第一副反射面温度TB的能量占比；
j4％代表计算接收机接收大气亮温时的卫星本体TD的能量占比；
j5％代表计算接收机接收大气亮温时的地球温度TE的能量占比；
至此，从步骤一到步骤三，为了在卫星入轨后能够监测微波辐射计接收亮温被仪器温度波动的影响，采用借助设置温度监测装置监测天线温度变化方法，进行系统性建模标定校正，得到真实大气亮温TT。
有益效果
本发明一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.为了订正外置天线主反射面、副反射面和卫星本体受在轨温度变化的影响，采用借助设置温度监测装置监测天线温度变化方法，进行系统性建模标定校正，进行一定的占比比例过程，得到真实大气亮温TT；从而实现定标过程中温度变化对天线影响的订正；
2.本方法具有精度高的优势，能够解决大口径天线微波辐射计在轨受温度影响定标难等优点，适合于一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法。
附图说明
图1是本发明一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法步骤二中的能量分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法作进一步说明。
实施例1
本实施例阐述本发明一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法的具体实施。
图1是本发明一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法步骤二中的能量分布示意图。
图1中的A、B、C和D分别对应天线主反射面A、第一副反射面B，第二副反射面C和卫星本体D。其中，A上的TAij即为在天线主反射面A上分布温度探测点TAij，其天线方向图为f1；B上的TBij即在第一副反射面B上分布温度探测点TBij，天线方向图为f2；C上的TCij即在第二副反射面C上分布温度探测点TCij，天线方向图为f3；D上的TDij即在卫星本体D上分布温度探测点TDij，天线方向图为f4；
通过能量的传递，
1、计算天线主反射面接收亮温；
TAA＝TE*e1％+TB*e2％+TC*e3％+TD*e4％；
2、计算第一副反射面接收亮温；
TBB＝TAA*k1％+TC*k2％+TD*k3％+TE*k4％；
3、计算第二副反射面接收亮温；
TCC＝TBB*h1％+TA*h2％+TD*h3％+TE*h4％；
4、计算接收机接收亮温；
TT＝TCC*j1％+TA*j2％+TB*j3％+TD*j4％+TE*j5％；
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、在天线主反射面A、副反射面BC和卫星本体D安装温度监测装置，具体包括如下子步骤：
步骤1.1 在天线主反射面A贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TAij，并按照天线面大小，将探测点位置设置成网格状，网格间距为1/10天线直径，网格布满整个天线主反射面；
其中，第i行第j列的温度位置，记为Aij；
步骤1.2 在第一副反射面B贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TBij，并按照第一副反射面大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个第一副反射面；其中，第i行第j列的温度位置，记为Bij；
并按照天线面大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个天线主反射面；
步骤1.3 在第二副反射面C贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TCij，并按照第二副反射面大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个第二副反射面；其中，第i行第j列的温度位置，记为Cij；
步骤1.4 在卫星本体D贴敷多个温度监测装置,测得的探测点温度为TDij，并按照卫星本体大小，将探测点位置设置成网格状，网格布满整个卫星本体；
其中，第i行第j列的温度位置，记为Dij；
步骤二、分析天线主反射面、副反射面和卫星本体在各自观测范围内的辐射能量占比，具体包括如下子步骤：
步骤2.1 忽略冷空，分析天线主反射面接收能量来源占比，天线主反射面天线方向图f1主瓣指向地球、副瓣指向副反射面BC和卫星本体D；
其中，副瓣指向副反射面BC包括第一副反射面B和第二副反射面C；
地球辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e1%；
第一副反射面B辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e2%；
第二副反射面C辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e3%；
卫星本体D辐射能量占天线主反射面天线方向图f1接收的e4%；
其中，e1%+e2%+e3%+e4%=1；
步骤2.2 忽略冷空，分析第一副反射面接收能量来源占比，第一副反射面天线方向图f2主瓣指向天线主反射面、副瓣指向第二反射面C、卫星本体D和地球；
天线主反射面辐射能量占第一副反射面天线方向图f2接收的k1%；
第二副反射面C辐射能量占第一副反射面天线方向图f2接收的k2%；
卫星本体D辐射能量占第一副反射面天线方向图f2接收的k3%；
地球辐射能量占第一副反射面天线方向图f2主接收的k4%；
其中，k1%+k2%+k3%+k4%=1；
步骤2.3 忽略冷空，分析第二副反射面接收能量来源占比，第二副反射面天线方向图f3主瓣指向第一副反射面、副瓣指向天线主反射面A、卫星本体D和地球；
第一副反射面辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h1%；
天线主反射面A辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h2%；
卫星本体D辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h3%；
地球辐射能量占第二副反射面天线方向图f3接收的h4%；
其中，h1%+h2%+h3%+h4%=1；
步骤2.4 忽略冷空，分析接收机接收能量来源占比，接收机天线方向图f4主瓣指向第二副反射面，副瓣指向天线主反射面A、第二反射面B、卫星本体D和地球；
第二副反射面C辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j1%；
天线主反射面A辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j2%；
第一副反射面B辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j3%；
卫星本体D辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j4%；
地球辐射能量占接收机天线方向图f4接收的j5%；
其中，j1%+j2%+j3%+j4%+j5%=1；
步骤三、计算天线主反射面接收亮温、第一副反射面接收亮温、第二副反射面接收亮温以及接收机接收亮温，具体包括如下子步骤：
步骤3.1 计算天线主反射面接收亮温TAA；
TAA=TE*e1%+TB*e2%+TC*e3%+TD*e4%;
其中，e1%代表计算天线主反射面接收亮温时地球温度TE的能量占比；
e2%代表计算天线主反射面接收亮温时第一副反射面温度TB的能量占比；
e3%代表计算天线主反射面接收亮温时第二副反射面温度TC的能量占比；
e4%代表计算天线主反射面接收亮温时卫星本体TD的能量占比；
其中，e1%、e2%、e3%以及e4%各比例根据各自占天线方向图的空间角度范围和天线方向图值大小对应权重决定；角度越宽，对应天线方向图增益数值越大，则占比越高；
其中，TB是遍历步骤1.2中所有第i行第j列的第一副反射面温度TB探测点温度TBij的平均值；
步骤3.2 计算第一副反射面接收亮温TBB；
TBB=TAA*k1%+TC*k2%+TD*k3%+TE*k4%；
其中，k1%代表计算第一副反射面接收亮温TBB时天线主反射面接收亮温TAA的能量占比；
k2%代表计算第一副反射面接收亮温TBB时第二副反射面温度TC的能量占比；
k3%代表计算第一副反射面接收亮温TBB时卫星本体TD的能量占比；
k4%代表计算第一副反射面接收亮温TBB时地球温度TE的能量占比；
其中，TC是遍历步骤1.3中所有第i行第j列的第二副反射面温度TC探测点温度TCij的平均值；
其中，TD是遍历步骤1.4中所有第i行第j列的卫星本体TD探测点温度TDij的平均值；
步骤3.3 计算第二副反射面接收亮温TCC；
TCC=TBB*h1%+TA*h2%+TD*h3%+TE*h4%;
其中，h1%代表计算第二副反射面接收亮温时第一副反射面接收亮温的能量占比；
h2%代表计算第二副反射面接收亮温时天线主反射面A温度TA的能量占比；
其中，TA是遍历步骤1.1中所有第i行第j列的天线主反射面A探测点温度TAij的平均值；
h3%代表计算第二副反射面接收亮温时卫星本体TD的能量占比；
h4%代表计算第二副反射面接收亮温时地球温度TE的能量占比；
步骤3.4 计算接收机接收大气亮温TT；
TT=TCC*j1%+TA*j2%+TB*j3%+TD*j4%+TE*j5%；
其中，j1%代表计算接收机接收大气亮温时第二副反射面接收亮温的能量占比；
j2%代表计算接收机接收大气亮温时天线主反射面A温度TA的能量占比；
j3%代表计算接收机接收大气亮温时的第一副反射面温度TB的能量占比；
j4%代表计算接收机接收大气亮温时的卫星本体TD的能量占比；
j5%代表计算接收机接收大气亮温时的地球温度TE的能量占比；
至此，从步骤一到步骤三，为了在卫星入轨后能够监测微波辐射计接收亮温被仪器温度波动的影响，采用借助设置温度监测装置监测天线温度变化方法，进行系统性建模标定校正，得到真实大气亮温TT。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，其特征在于：所述方法中卫星搭载的微波辐射计的工作波段在微波波段1-1000GHz。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，其特征在于：所述方法中天线主波束3dB波束宽度小于0.25度。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，其特征在于：步骤1.2中，第一副反射面上网格间距为第一副反射面天线直径的1/5到1/20。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，其特征在于：步骤1.3中，第二副反射面上网格间距为该第二副反射面天线直径的1/5到1/20。
6.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射计天线温度检测的亮温订正方法，其特征在于：步骤1.4中，卫星本体D上网格间距为卫星本体D天线直径的1/5到1/20。
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