CN110470403B - 一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法，属于微波辐射计定标技术领域。所述定标方法依托于卫星搭载的微波辐射计，该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；包括：步骤一、天线后端接收机定标；步骤二、微波辐射计主波束对准月球；步骤三、对月球观测，得到观测输出；步骤四、按照时间序列得到月球绝对亮温曲线，横轴表示时间，纵轴表示月球绝对亮温。所述方法为了订正外置天线和副反的影响，采用观测月球的观测方式，进行一定的数学过程，得到月球黑体绝对亮温，该方法精度高，成本低，便于推广等优点，因此适合于作为星载大口径天线微波辐射计全口径定标高温源的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法，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提高天线波束宽度，天线口径往往达到几米甚至几十米，卫星本体难以搭载足够大小的黑体对辐射计整机进行标定，只能依靠搭载小型的黑体，仅对天线后端的接收机进行两点标定，而暴露在外的大天线和副反不能进行精确标定。
发明内容
本发明的目的是为了寻找合适的全口径定标黑体方式实现大口径天线微波辐射计全口径定标以及适用于卫星平台定标的技术问题，找到全口径定标两点定标所需的高温源，提出了一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法。
本发明采用的技术方案如下：
所述适用于地基微波辐射计面源测月定标方法依托于卫星搭载的微波辐射计，该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，为了在卫星入轨后微波辐射计全口径测量月球亮温，再进行系统性标定，得到全口径两点定标所必须的高温源，包括以下步骤：
步骤一、天线后端接收机定标，具体包括如下子步骤：
步骤1.1接收机从扫描旋转馈源观测冷源，冷源观测输出Yc1如(1)：
Yc1 ＝ a*Inc + b； (1)
其中，Inc是已知的冷源辐射特性；a和b代表所求系数；冷源观测输出的Yc1单位为K，即开尔文；
步骤1.2接收机从扫描旋转馈源观测热源，热源观测输出Yh1，如(2)：
Yh1 ＝ a*Inh + b； (2)
其中，Inh代表已知的热源辐射特性；热源观测输出Yh1的单位为K，即开尔文；
步骤1.3由(1)和(2)联立方程，计算得到所求系数a和b；
步骤二、微波辐射计主波束对准月球，具体包括如下子步骤：
步骤2.1输入观测点经纬度、海拔高度，计算月球时间--位置对应表；
按照对应表，调整微波辐射计的伺服机构指向月球中心；
步骤2.2调整微波辐射计的伺服机构使得主波束指向月球前进方向前方K个像元位置；
其中，K的取值范围为1到5；
步骤三、对月球观测，得到观测输出，具体为：
步骤3.1调整微波辐射计的伺服机构使得主波束指向月球运行路线前方K个像元位置后，垂直于月球前进方向往复的一维扫描运动，往复运动偏离10个像元，且设偏离10个像元位置得到观测冷空输出Yl，表达式为(3)：
Yl ＝ a*Inl + b； (3)
In1代表10个像元位置处的辐射特性；
步骤3.2设观测月球的最大输出为Ys，且Ys表达为(4)：
Ys ＝ a*InY + b； (4)
其中，InY代表月球的辐射特性；Ys是月球亮温，单位是K，即开尔文；
步骤3.3用步骤3.2的输出，即月球的最大输出Ys减去偏离10个像元位置观测冷空即步骤3.1的输出Yl，得到去除大气干扰和地表干扰因素的月球相对亮温Ysl，即(5)：
Ysl＝Ys-Yl； (5)
步骤3.4计算微波辐射计各个观测频率对应的冷空亮温Yf＝2.73k；
步骤3.5通过公式(6)计算得到月球的绝对亮温：
Ymoon＝ Ysl +Yf； (6)
其中，Ymoon表示月球的绝对量温；
步骤四、按照时间序列得到月球绝对亮温曲线，横轴表示时间，纵轴表示月球绝对亮温；
至此，从步骤一到步骤四，完成了一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法。
有益效果
本发明一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
为了订正外置天线和副反的影响，采用观测月球的观测方式，进行一定的数学过程，得到月球黑体绝对亮温，该方法精度高，成本低，便于推广等优点，因此适合于作为星载大口径天线微波辐射计全口径定标高温源的方法。
附图说明
图1是本发明一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法的星载微波辐射计定标结构图；
图2是本发明一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法的一维扫描方式进行月球观测的示意图；
图3是本发明一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法的一维扫描方式进行月球观测的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
所述定标方法，具体实施时，包括如下步骤：
步骤A、天线后端接收机定标，具体包括如下子步骤：
步骤A.1接收机从扫描旋转馈源观测冷源，冷源观测输出Yc1如公式(1)，
步骤A.2接收机从扫描旋转馈源观测热源，热源观测输出Yh1，如公式(2)：
步骤A.3由(1)和(2)联立方程，计算得到所求系数a和b；
步骤B、微波辐射计主波束对准月球，具体包括：
步骤B.1输入观测点经纬度、海拔高度，计算月球时间--位置对应表；
按照对应表，调整微波辐射计的伺服机构指向月球中心；
步骤B.2调整微波辐射计的伺服机构使得主波束指向月球前进方向前方一个像元位置；
步骤C、对月球观测，得到观测输出，具体为：
步骤C.1调整微波辐射计的伺服机构使得主波束指向月球运行路线前方一个像元位置后，垂直于月球前进方向往复的一维扫描运动，往复运动偏离10个像元，且设偏离10个像元位置得到观测冷空输出Yl，表达式为(3)；
步骤C.2设观测月球的最大输出为Ys，且Ys表达为(4)：
步骤C.3用步骤C.2的输出，即月球的最大输出Ys减去偏离10个像元位置观测冷空即步骤C.1的输出Yl，得到去除大气干扰和地表干扰因素的月球相对亮温Ysl，即(5)；
步骤C.4计算微波辐射计各个观测频率对应的冷空亮温Yf＝2.73k；
步骤C.5通过公式(6)计算得到月球的绝对亮温；
步骤D、按照时间序列得到月球绝对亮温曲线，横轴表示时间，纵轴表示月球绝对亮温。
图1是本发明一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法依托的星载微波辐射计的测月结构图；从图1可以看出微波辐射计扫描主波束在垂直于月球运行方向上往复扫描，即对应步骤三和步骤C，扫描动态范围宽度为5个月球直径，记录月球在进入波束不同覆盖度的亮温，亮温呈现高斯分布特性，最高的亮温即为月球全部进入微波辐射计主波束的能量记录。然后再将微波辐射计波束移到月球前进方向上前2个月球直径距离，和此前一样垂直于月球运行方向上往复扫描等待月球靠近...多次记录最大亮温值，然后依托此亮温值画亮温变化包络曲线，即对应步骤D，此曲线即为月球亮温随时间变化情况记录。
月球以椭圆轨道绕地球运转，月球与地球相对位置不断发生变化，考虑运动轨迹复杂不易控制，步骤C具体实施时，可以采用图2中的一维扫描方式进行月球观测，另一维利用月球自身的运动进行跟踪。相较于二维扫描，此扫描方式对转台要求较低，且扫描轨迹可控，也可以采用图3所示的二维扫描形式进行交替往复扫描。
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 (2)
1.一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法，其特征在于：依托于卫星搭载的微波辐射计，该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，为了在卫星入轨后微波辐射计全口径测量月球亮温，再进行系统性标定，得到全口径两点定标所必须的高温源，包括以下步骤：
步骤一、天线后端接收机定标，具体包括如下子步骤：
步骤1.1接收机从扫描旋转馈源观测冷源，冷源观测输出Yc1如(1)：
Yc1＝a*Inc+b； (1)
其中，Inc是已知的冷源辐射特性；a和b代表所求系数；冷源观测输出的Yc1单位为K，即开尔文；
步骤1.2接收机从扫描旋转馈源观测热源，热源观测输出Yh1，如(2)：
Yh1＝a*Inh+b； (2)
其中，Inh代表已知的热源辐射特性；热源观测输出Yh1的单位为K，即开尔文；
步骤1.3由(1)和(2)联立方程，计算得到所求系数a和b；
步骤二、微波辐射计主波束对准月球，具体包括如下子步骤：
步骤2.1输入观测点经纬度、海拔高度，计算月球时间--位置对应表；
按照对应表，调整微波辐射计的伺服机构指向月球中心；
步骤2.2调整微波辐射计的伺服机构使得主波束指向月球前进方向前方K个像元位置；
步骤三、对月球观测，得到观测输出，具体为：
步骤3.1调整微波辐射计的伺服机构使得主波束指向月球运行路线前方K个像元位置后，垂直于月球前进方向往复的一维扫描运动，往复运动偏离10个像元，且设偏离10个像元位置得到观测冷空输出Yl，表达式为(3)：
Yl＝a*Inl+b； (3)
In1代表10个像元位置处的辐射特性；
步骤3.2设观测月球的最大输出为Ys，且Ys表达为(4)：
Ys＝a*InY+b； (4)
其中，InY代表月球的辐射特性；Ys是月球亮温，单位是K，即开尔文；
步骤3.3用步骤3.2的输出，即月球的最大输出Ys减去偏离10个像元位置观测冷空即步骤3.1的输出Yl，得到去除大气干扰和地表干扰因素的月球相对亮温Ysl，即(5)：
Ysl＝Ys-Yl； (5)
步骤3.4计算微波辐射计各个观测频率对应的冷空亮温Yf＝2.73k；
步骤3.5通过公式(6)计算得到月球的绝对亮温：
Ymoon＝Ysl+Yf； (6)
其中，Ymoon表示月球的绝对量温；
步骤四、按照时间序列得到月球绝对亮温曲线，横轴表示时间，纵轴表示月球绝对亮温。
2.根据权利要求1所述的一种适用于地基微波辐射计面源测月定标方法，其特征在于：K的取值范围为1到5。
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