CN111207837B - 一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法 - Google Patents

一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,包括四点定标构成、定标操作实现以及正常工作时的实时内定标过程。本方法在馈源后端插入波导开关结构,在天线指向不变的情况下,一个接收数据周期内通过时序控制,波导开关切换及噪声源开启形成二点内定标自循环操作,并通过电机转动与天线口面的冷、热源二点协同,从而形成天线口面的冷定标源、热定标源和其天馈后端的常温负载、噪声源四点定标系统。

Description

一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法
技术领域
本发明涉及地基微波遥感设备领域,特别涉及一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法。
背景技术
地基微波辐射计是利用被动的接收各个高度传来的大气辐射的微波信号来判断大气温度、湿度变化的地基微波遥感设备,其对中小尺度天气现象,如暴风雨、闪电、强降雨、雾、冰冻及边界层紊流具有重要的检测作用。地基微波辐射计在对流层剖面的温度、湿度和液态水,天气和气候模型研究,卫星追踪(GPS,伽利略)湿/干延迟和湿度廓线,临近预报大气稳定性(灾害性天气检测),温度反演检测、雾、空气污染,绝对校准云雷达,湿/干延迟改正VLBI有着重要应用,已成为探空气球与天气雷达外的重要检测手段。地基微波辐射计由于其具有独立工作能力,且能够在几乎各种环境条件工作,适合于自动天气站,常用于反演完整的大气廓线,反演数据和原始数据全部保存,可提供完备的顾客定制或全球标准算法。
地基微波辐射计因使用于地面环境,且需长期无人执守,其接收系统的动态漂移一直是困扰其接收数据可靠性的重要因素,实时定标是解决问题的关键。相较于天基辐射计系统,地基辐射计遥感观察时,无法实现天线口面标准冷空-外定标源,因而从天线口面进行实时定标困难,实时定标只能从天馈后端的内定标方法实现。
发明内容
为了克服现有技术中的不足,本发明提供一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,为了提高地基微波辐射计遥感数据的可信度,整体结构引入了核心部件-波导开关,并通过波导开关噪声源组合形成实时内定标。
为了达到上述发明目的,解决其技术问题所采用的技术方案如下:
一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,具体包括以下步骤:
步骤1:四点定标构成;
步骤2:定标操作实现;
步骤3:正常工作时的实时内定标。
进一步的,步骤1所述的四点定标构成包括由天线反射面-极化分离装置-K、V波段馈源组成的天馈系统、由步进电机带动主反射面转动的俯仰扫描机构、由波导开关、定向耦合构成的接收前端、由液氮冷定标源、常温工作下的热定标源、常温工作下的负载、噪声源构成的四点定标源以及接收机构成。
进一步的,步骤2所述的定标操作实现,具体包括以下步骤:
步骤21:常规黑体外定标,即热定标源TH:地基辐射计内部上位机执行程序引导天线俯仰电机指向正下方,主天线口面波束正好照入热定标源黑体;
控制信号K1使波导开关连通馈源,从热定标源信号经天线反射面、极化分离传至后端的定向耦合器,最后传入辐射计接收机系统,另外控制信号K2低电平不激发噪声源工作,直接读取相应接收机检波电压VH及热定标源TH;
步骤22:冷源外定标,准备好的外定标源放置地基辐射计天线罩上方,内部上位机执行程序引导天线俯仰电机指向正上方,主天线口面波束正好照入冷定标源黑体;
与步骤21一样,控制信号K1使波导开关连通馈源,从冷源信号经天线反射面、极化分离传至后端的定向耦合器,最后传入辐射计接收机系统,另外控制信号K2低电平不激发噪声源工作,直接读取相应接收机检波电压VL;
冷定标源TL按下列公式进行计算:
TL=T0-0.00825×(1013.25-P0)
其中,T0为定标时环境温度,单位为K,P0为定标时大气压,单位为Pa;通过步骤21、22的外定标操作,确定K因子及定标方程:
Figure GDA0002935879220000021
Figure GDA0002935879220000022
T=K×V+b
其中,T为亮温,K为比例因子,b为常数因子;
步骤23:噪声源外标定,通过K2开关控制噪声源开启,分别读取冷、热源外定标时的接收机电压值Vnh和Vnl,从而确定TN的口面等效亮温:
Figure GDA0002935879220000035
步骤24:负载源定标,通过K1开关控制切断天馈口面的信号,使之与宽带波导负载相连,并通过K2控制噪声源开启,分别读取接收机电压值Vr和Vnr,从而确定TR的口面等效亮温:
Figure GDA0002935879220000031
通过以上四个步骤的操作,完成四点定标操作。
进一步的,步骤22中,微波遥感时接收机输出的电压信号与实际目标遥感亮温呈线性关系:
T=K×V+b
其中,T为亮温,K为比例因子,b为常数因子,其准确度决定了目标遥感亮温数据的准确性;
地基微波辐射计设备是高度精确敏感设备,其灵敏度可达1K以下,任何一个微小的波动均会造成测量数据不准确,从而为后续反演造成错误和误判,影响数据准确度可以从下列三项公式中得出:
Figure GDA0002935879220000032
Figure GDA0002935879220000033
Figure GDA0002935879220000034
其中,B为带宽,τ为积分时间,TS为系统等效噪声温度,G0为系统增益,▽G0为增益波动,▽Ts为系统固有灵敏度,▽Tg为系统增益波动所造成的不确定度,▽T为系统灵敏度;
第一项公式反映是系统固有灵敏度,受系统总体噪声温度Ts决定,并且在冷热源外定标提取K因子的同时通过采样电压均方差值可以计算验证:
▽Ts=K×▽V
其中,▽V为采样电压均方差;
第二项反映系统增益波动所造成的不确定度,其二者的均方根值反映出整机系统的数据漂移,即系统灵敏度。
进一步的,步骤3所述的正常工作时的实时内定标,具体包括以下步骤:
步骤31:正常工作时的因子修正
正常工作状态,天线指向天顶接收大气辐射信号或边界层模式以及跟踪卫星模式,天线口面不进行外定标操作,但为保证数据周期内的准确性,由波导开关、噪声源时序控制实现其一个数据周期内的内定标修正:
Figure GDA0002935879220000041
Figure GDA0002935879220000042
以修正因子代入定标方程确定为新的定标方程:T=K*×V+b*,从而实现内定标过程;
步骤32:间隙时段下的噪声源等效修正
以单点外定标形式实现内部噪声源稳定性修正,在遥感观察的空隙或在边界层观察起点,程序控制程序引导天线俯仰电机指向正下方,主天线口面波束正好照入热定标源黑体;
通过K2开关控制噪声源开启,分别读取的热源外定标下有、无加噪接收机电压值Vnh和Vh,从而确定TN的口面等效亮温修正:
Tn*=K×(Vnh-Vh)。
优选的,步骤2所述的四点定标操作以半年作为一个周期单位,步骤3中的步骤31所述的正常工作时的因子修正以秒作为一个周期单位,步骤3中的步骤32所述的间隙时段下的噪声源等效修正以半小时作为一个周期单位,从而从长、短、中各个时期保证定标的精度以及遥感数据的可靠性。
本发明由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:
本方法在馈源后端插入波导开关结构,并通过电机转动与天线口面的冷、热源二点协同,从而形成天线口面的冷定标源、热定标源和其天馈后端的常温负载、噪声源四点定标系统,四点定标操作一般以半年作为一个周期单位。在天线指向不变(定点遥感)、跟踪卫星、边界层扫瞄的各种情况下,每一个遥感接收数据周期内通过时序控制,波导开关切换及噪声源开启形成二点内定标自循环操作,实现遥感定标因子实时修正,一般以秒作为一个周期单位,保证定标的精度以及遥感数据的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中:
图1是本发明一波导开关两种工作状态及与控制信号关系图;
图2是本发明一常规黑体外定标(热定标源TH)实施示意图;
图3是本发明一冷源外定标(冷定标源TL)实施示意图;
图4是本发明一噪声源外标定(噪声源TN)实施示意图;
图5是本发明一正常遥感状态内定标实施示意图;
图6是本发明一正常遥感状态内定标开关时序控制示意图;
图7是本发明一噪声源TN适时修正实施示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论,显然,这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例,并不是全部的实例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本实施例公开了一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,具体包括以下步骤:
步骤1:四点定标构成;
步骤2:定标操作实现;
步骤3:正常工作时的实时内定标。
具体的,步骤1所述的四点定标构成包括由天线反射面-极化分离装置-K、V波段馈源组成的天馈系统、由步进电机带动主反射面转动的俯仰扫描机构、由波导开关、定向耦合构成的接收前端、由液氮冷定标源、常温工作下的热定标源、常温工作下的负载、噪声源构成的四点定标源以及接收机构成。
具体的,步骤2所述的定标操作实现,具体包括以下步骤:
步骤21:常规黑体外定标,即热定标源TH:地基辐射计内部上位机执行程序引导天线俯仰电机指向正下方,主天线口面波束正好照入热定标源黑体;
控制信号K1使波导开关连通馈源,从热定标源信号经天线反射面、极化分离传至后端的定向耦合器,最后传入辐射计接收机系统,另外控制信号K2低电平不激发噪声源工作,直接读取相应接收机检波电压VH及热定标源TH;
步骤22:冷源外定标,准备好的外定标源放置地基辐射计天线罩上方,内部上位机执行程序引导天线俯仰电机指向正上方,主天线口面波束正好照入冷定标源黑体;
与步骤21一样,控制信号K1使波导开关连通馈源,从冷源信号经天线反射面、极化分离传至后端的定向耦合器,最后传入辐射计接收机系统,另外控制信号K2低电平不激发噪声源工作,直接读取相应接收机检波电压VL;
冷定标源TL按下列公式进行计算:
TL=T0-0.00825×(1013.25-P0)
其中,T0为定标时环境温度,单位为K,P0为定标时大气压,单位为Pa;
本方法的定标操作其本质确定定标方程中的系数因子以及确定内定标源的口面等效。在微波辐射计内部随机自带热定标源TH,通过与外部冷定标源的协同配合完成出厂、开机以及适用周期下的定标操作,并通过相适应公式确定其系数因子。具体的,通过步骤21、22的外定标操作,确定K因子及定标方程:
Figure GDA0002935879220000061
Figure GDA0002935879220000062
T=K×V+b
其中,T为亮温,K为比例因子,b为常数因子;
步骤23:噪声源外标定,即噪声源TN:通过K2开关控制噪声源开启,分别读取冷、热源外定标时的接收机电压值Vnh和Vnl,从而确定TN的口面等效亮温:
Figure GDA0002935879220000071
步骤24:负载源定标,即常温负载TR:通过K1开关控制切断天馈口面的信号,使之与宽带波导负载相连,并通过K2控制噪声源开启,分别读取接收机电压值Vr和Vnr,从而确定TR的口面等效亮温:
Figure GDA0002935879220000072
K、b、TN、TR构成定标文件的基本单元,因TR是完全无源器件,其值仅受其所处环境温度变化,但地基微波辐射计恒温工作,可以认定TR一直恒定,TN相对恒定。
通过以上四个步骤的操作,完成四点定标操作。
进一步的,步骤22中,微波遥感时接收机输出的电压信号与实际目标遥感亮温呈线性关系:
T=K×V+b
其中,T为亮温,K为比例因子,b为常数因子,其准确度决定了目标遥感亮温数据的准确性;
地基微波辐射计设备是高度精确敏感设备,其灵敏度可达1K以下,任何一个微小的波动均会造成测量数据不准确,从而为后续反演造成错误和误判,影响数据准确度可以从下列三项公式中得出:
Figure GDA0002935879220000073
Figure GDA0002935879220000074
Figure GDA0002935879220000075
其中,B为带宽,τ为积分时间,TS为系统等效噪声温度,G0为系统增益,▽G0为增益波动,▽Ts为系统固有灵敏度,▽Tg为系统增益波动所造成的不确定度,▽T为系统灵敏度;
第一项公式反映是系统固有灵敏度,受系统总体噪声温度Ts决定,并且在冷热源外定标提取K因子的同时通过采样电压均方差值可以计算验证:
▽Ts=K×▽V
其中,▽V为采样电压均方差;
第二项反映系统增益波动所造成的不确定度,其二者的均方根值反映出整机系统的数据漂移,即系统灵敏度。
第一项固有特性在设计阶段随接收机系统链路所选器件水平及设计方法决定,已经固化。长期稳定度关键是保证第二项尽量小,可由通过实时定标和恒温工作模式来实现。但地基辐射计产品不同于天基产品,无法获取冷空的定标源参考。采用双开关(波导开关和PIN开关(控制噪声源开启)结构,实现场景隔离下的实时常温负载与高温噪声源二点内定标,从而消除接收通路增益波动对遥测数据的影响,保证地基微波辐射计在长期无人执守下的温湿度大气遥测数据的可靠性。
具体的,步骤3所述的正常工作时的实时内定标,具体包括以下步骤:
步骤31:正常工作时的因子修正(即,正常工作时的实时内定标其实质是对定标文件中系数参数适时微小修正的过程)
正常工作状态,天线指向天顶接收大气辐射信号或边界层模式以及跟踪卫星模式,天线口面不进行外定标操作,但为保证数据周期内的准确性,由波导开关、噪声源时序控制实现其一个数据周期内的内定标修正:
Figure GDA0002935879220000081
Figure GDA0002935879220000082
由此由K*、b*、TN、TR构成新的定标文件,如此替代反复。以修正因子代入定标方程确定为新的定标方程:T=K*×V+b*,从而实现内定标过程;
步骤32:间隙时段下的噪声源等效修正
以单点外定标形式实现内部噪声源稳定性修正,在遥感观察的空隙或在边界层观察起点,程序控制程序引导天线俯仰电机指向正下方,主天线口面波束正好照入热定标源黑体;
通过K2开关控制噪声源开启,分别读取的热源外定标下有、无加噪接收机电压值Vnh和Vh,从而确定TN的口面等效亮温修正,TN虽恒温工作,但毕竟是半导体有源器件构成,存在长期稳定度漂移,通过周期性单点外定标协同进行修正:
Tn*=K×(Vnh-Vh)
优选的,步骤2所述的四点定标操作以半年作为一个周期单位,步骤3中的步骤31所述的正常工作时的因子修正以秒作为一个周期单位,步骤3中的步骤32所述的间隙时段下的噪声源等效修正以半小时作为一个周期单位,通过这样一系列控制、操作,从而从长、短、中各个时期保证定标的精度以及遥感数据的可靠性。
实施例1:常规辐射计定标操作(此时波导开关处于工作状态1(如下图1所示),1(馈源)、2(定向耦合器)端口,3(负载)、4(空)端口连通;K1的TTL电平为低,噪声源处于低电平关闭状态)
原则上,地基微波辐射计任何场地移动开机前均需进行系统定标,系统定标的基本要求是确定从0级电压数据转换成1级亮温数据的对应关系。在一般情况下,辐射计接收机设计时已经对其线性度要求达99.9%,因而冷热两点外定标就可确定定标方程:T=K×V+b
将随机所带定标源(箱体)附件,连同架坐一起放置机器天线罩上端固定位置,并向箱体内注入液氮,液氮应浸没上方定标源黑体,并关好箱体上盖(液氮为危险品,倒入应由专业人员操作,小心液体灼伤)。
地基微波辐射计俯仰步进电机设定(特例100000步/一周,天线口面指向为0点)回原点,使其天线口面指向机器内部黑体源,如图2所示,读取稳定时的输出电压值VH,并读内部黑体温度TH。
地基微波辐射计步进电机转动50000步,天线口面指向正上方的随机外带浸泡液氮定标源,如图3所示,读读取稳定时的输出电压值VL,并读取环境温度T0和地表大气压,并换算成冷定标源TL。
TL=T0-0.00825×(1013.25-P0)
根据所测试的VH,VL,TH,TL值,可以确定定标方程中系数因子:
Figure GDA0002935879220000091
Figure GDA0002935879220000101
这样,撤去天线罩上方的液氮定标源箱体,常规的地基微波辐射计就可以根据定标方程进行遥感数据中的0级(电压值)至1级(亮温)转换了。
实施例2:内部定标源标定操作
1、噪声源口面标定((此时波导开关处于工作状态1(如下图1所示),1(馈源)、2(定向耦合器)端口,3(负载)、4(空)端口连通,噪声源TTL电平常高处于开启状态)
如上述常规辐射计定标操作相一致,地基微波辐射计俯仰步进电机设定回原点,使其天线口面指向机器内部黑体源,读取稳定时的输出电压值Vnh,并读内部黑体温度TH。
如上述常规辐射计定标操作相一致,地基微波辐射计俯仰步进电机转动50000步,天线口面指向正上方的随机外带浸泡液氮定标源,读读取稳定时的输出电压值Vnl,并读取环境温度T0和地表大气压,并换算成冷定标源TL。
TL=T0-0.00825×(1013.25-P0)
则噪声源口面标定值为:
Figure GDA0002935879220000102
通过上述实施,完成对噪声源的标定。
2、负载源口面标定
在噪声源标定的基础上,通过控制,使此时波导开关处于工作状态2(如下图1所示),2(定向耦合器)端口、3(负载),1(馈源)、4(空)端口连通)
通过K2控制噪声源开启(TTL高开启、低为关闭),分别读取接收机稳定电压值Vr和Vnr,如下图4,在稳定的噪声源标定及定标方程基础上,TR的口面等效亮温。
Figure GDA0002935879220000103
通过上述实施,完成对负载源的标定。
实施例3:天顶大气遥感时实时内定标操作
实际遥感工作时,天线口面接收天顶方向的大气辐射信号,地基微波辐射计俯仰步进电机转动50000步,天线口面指向正上方的天顶,如下图5所示,遥感数据按照定标方程:T=K×V+b,将0级电压数据V转换一级亮温数据T。
在遥感观察模式下,通过界面软件灵活设定数据的变化周期(即数字积分加权时间),相应的上位机形成对波导开关和噪声源和控制时序,如图6所示,这样在下一个0级数据形成之前就进行了一次定标操作,形成相应的定标方程的系数因子。
Figure GDA0002935879220000111
Figure GDA0002935879220000112
如此,下一个遥感1级数据按新的定标方程T=K*×V+b*形成,如此反复。
实施例4:卫星跟踪遥感时实时内定标操作
卫星跟踪遥感工作模式时,通过界面软件设定星历参数,引导俯仰步进电机、方位步进电机自动运行,使天线跟踪卫星指向。
与实施例3相同,通过界面软件灵活设定数据的变化周期(此周期相比天线指向位移动时间间隔小得多),同样,相应的上位机形成对波导开关和噪声源和控制时序,如图6所示,这样在下一个0级数据形成之前就进行了一次定标操作,形成相应的定标方程的系数因子。
Figure GDA0002935879220000113
Figure GDA0002935879220000114
如此,下一个遥感1级数据按新的定标方程T=K*×V+b*形成,如此反复,星踪模式下,1级数据文件记录相应的亮温用其相对应的方位、俯仰角度。
实施例5:实时内部定标源-噪声源修正操作
实际遥感工作时,无论是上述实施例3中的天顶方向的大气辐射遥感,还是星踪模式,地基微波辐射计天线口面按程序引导观察以冷空为背景的路径辐射信号。
地基微波辐射计界面软件中设定噪声源修正周期值(最小单位为1分钟并永大于数据周期,最大为∞,缺省典型值为60分钟,值为∞为不作修正)。以遥感数据开始为起点,地基微波辐射计上位机按照修正周期值计算时间给天线驱动电机发送回归原点步进指令,引导天线口面指向内置定标源TH,并按定标操作中所设定的时间进行间隙停留,如图7。
分别读取的热源外定标下有、无加噪接收机电压值Vnh和Vh,并结合实时定标方程系数K值,从而确定TN的口面等效亮温修正值。
Tn*=K×(Vnh-Vh)
新的Tn自动完成对老的Tn值替代,以及所有相关公式替代。停留间隙一到,地基微波辐射计上位机按照既定程序驱动电机指令回归至前面遥感观察模式。如此反复,实现内部定标源-噪声源实时修正操作。
实施例中第一项为基本常规操作高设定,除3、4模式并行选择外,其它可以串行操作,由地基辐射计程界面软件设定。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1:四点定标构成;
步骤1所述的四点定标构成包括由天线反射面-极化分离装置-K、V波段馈源组成的天馈系统、由步进电机带动主反射面转动的俯仰扫描机构、由波导开关、定向耦合构成的接收前端、由液氮冷定标源、常温工作下的热定标源、常温工作下的负载、噪声源构成的四点定标源以及接收机构成;
步骤2:定标操作实现;
步骤2所述的定标操作实现,具体包括以下步骤:
步骤21:常规黑体外定标,即热定标源TH:地基辐射计内部上位机执行程序引导天线俯仰电机指向正下方,主天线口面波束正好照入热定标源黑体;
控制信号K1使波导开关连通馈源,从热定标源信号经天线反射面、极化分离传至后端的定向耦合器,最后传入辐射计接收机系统,另外控制信号K2低电平不激发噪声源工作,直接读取相应接收机检波电压VH及热定标源TH;
步骤22:冷源外定标,准备好的外定标源放置地基辐射计天线罩上方,内部上位机执行程序引导天线俯仰电机指向正上方,主天线口面波束正好照入冷定标源黑体;
与步骤21一样,控制信号K1使波导开关连通馈源,从冷源信号经天线反射面、极化分离传至后端的定向耦合器,最后传入辐射计接收机系统,另外控制信号K2低电平不激发噪声源工作,直接读取相应接收机检波电压VL;
冷定标源TL按下列公式进行计算:
TL=T0-0.00825×(1013.25-P0)
其中,T0为定标时环境温度,单位为K,P0为定标时大气压,单位为Pa;
通过步骤21、22的外定标操作,确定K因子及定标方程:
Figure FDA0002935879210000011
Figure FDA0002935879210000012
T=K×V+b
其中,T为亮温,K为比例因子,b为常数因子;
步骤23:噪声源外标定,通过K2开关控制噪声源开启,分别读取冷、热源外定标时的接收机电压值Vnh和Vnl,从而确定TN的口面等效亮温:
Figure FDA0002935879210000021
步骤24:负载源定标,通过K1开关控制切断天馈口面的信号,使之与宽带波导负载相连,并通过K2控制噪声源开启,分别读取接收机电压值Vr和Vnr,从而确定TR的口面等效亮温:
Figure FDA0002935879210000022
通过以上四个步骤的操作,完成四点定标操作;
步骤3:正常工作时的实时内定标。
2.根据权利要求1所述的一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,其特征在于,步骤22中,微波遥感时接收机输出的电压信号与实际目标遥感亮温呈线性关系:
T=K×V+b
其中,T为亮温,K为比例因子,b为常数因子,其准确度决定了目标遥感亮温数据的准确性;
地基微波辐射计设备是高度精确敏感设备,其灵敏度可达1K以下,任何一个微小的波动均会造成测量数据不准确,从而为后续反演造成错误和误判,影响数据准确度可以从下列三项公式中得出:
Figure FDA0002935879210000023
Figure FDA0002935879210000024
Figure FDA0002935879210000025
其中,B为带宽,τ为积分时间,TS为系统等效噪声温度,G0为系统增益,
Figure FDA0002935879210000026
为增益波动,
Figure FDA0002935879210000027
为系统固有灵敏度,
Figure FDA0002935879210000028
为系统增益波动所造成的不确定度,
Figure FDA0002935879210000029
为系统灵敏度;
第一项公式反映是系统固有灵敏度,受系统总体噪声温度Ts决定,并且在冷热源外定标提取K因子的同时通过采样电压均方差值可以计算验证:
Figure FDA0002935879210000031
其中,
Figure FDA0002935879210000032
为采样电压均方差;
第二项反映系统增益波动所造成的不确定度,其二者的均方根值反映出整机系统的数据漂移,即系统灵敏度。
3.根据权利要求2所述的一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,其特征在于,步骤3所述的正常工作时的实时内定标,具体包括以下步骤:
步骤31:正常工作时的因子修正
正常工作状态,天线指向天顶接收大气辐射信号或边界层模式以及跟踪卫星模式,天线口面不进行外定标操作,但为保证数据周期内的准确性,由波导开关、噪声源时序控制实现其一个数据周期内的内定标修正:
Figure FDA0002935879210000033
Figure FDA0002935879210000034
以修正因子代入定标方程确定为新的定标方程:T=K*×V+b*,从而实现内定标过程;
步骤32:间隙时段下的噪声源等效修正
以单点外定标形式实现内部噪声源稳定性修正,在遥感观察的空隙或在边界层观察起点,程序控制程序引导天线俯仰电机指向正下方,主天线口面波束正好照入热定标源黑体;
通过K2开关控制噪声源开启,分别读取的热源外定标下有、无加噪接收机电压值Vnh和Vh,从而确定TN的口面等效亮温修正:
Tn*=K×(Vnh-Vh)。
4.根据权利要求3所述的一种基于波导开关的地基微波辐射计四点定标方法,其特征在于,步骤2所述的四点定标操作以半年作为一个周期单位,步骤3中的步骤31所述的正常工作时的因子修正以秒作为一个周期单位,步骤3中的步骤32所述的间隙时段下的噪声源等效修正以半小时作为一个周期单位,从而从长、短、中各个时期保证定标的精度以及遥感数据的可靠性。
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