CN111323136A - 一种微波辐射计液氮制冷定标冷源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微波辐射计液氮制冷定标冷源，所述液氮制冷定标冷源包括：微波黑体、温度控制模块和温度采集模块；所述微波黑体，用于产生与物理温度等效的无极化辐射亮温；所述温度控制模块，用于对微波黑体进行均匀稳定的温度控制；所述温度采集模块包括多个温度采集单元，设置在微波黑体内部，用于测量并采集微波黑体内的物理温度。本发明可以实现对海洋环境、大气与气象、农业、地质探查和军事侦察、于导弹的末端制导、射电天文、医疗病理研究等领域更高精度的探测，具有重要应用价值。

Description

一种微波辐射计液氮制冷定标冷源
技术领域
本发明涉及微波辐射计技术领域，具体地涉及一种微波辐射计液氮制冷定标冷源。
背景技术
微波辐射计通过接收来自地物目标的电磁辐射或者反射进行探测，是一种被动微波遥感器。微波辐射计与红外及可见光遥感器相比，具有波长更长、穿透能力强的优势，并且能够全天时、全天候工作，特别适合于观测地球物理参数。微波辐射计在对地观测和日常生活中正发挥着越来越重要的作用。它不但能够应用于海洋环境监测、大气与气象观测、农业监测、地质探查和军事侦察等方面，还可以用于导弹的末端制导、射电天文、医疗病理研究等领域。微波辐射计可以进行幅相、极化和相干接收，可以进行灵活的信号处理，以获取更多的有用信息。与主动遥感器相比，微波辐射计具有功耗低、体积小、质量轻和工作稳定可靠等特点。
微波辐射计如果需要达到好的应用效果，必须对辐射计系统进行高精度标定，要实现高精度的标定就相应的必须有高精度定标源。在实际应用中(尤其是在地面、机载等非星载应用)由于环境复杂，定标条件有限，因此研制大口径高精度的微波辐射计定标源极为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种微波辐射计液氮制冷定标冷源。
本发明提供一种微波辐射计液氮制冷定标冷源，所述液氮制冷定标冷源包括：微波黑体、温度控制模块和温度采集模块；
所述微波黑体，用于产生与物理温度等效的无极化辐射亮温；
所述温度控制模块，用于对微波黑体进行均匀稳定的温度控制；
所述温度采集模块包括多个温度采集单元，设置在微波黑体内部，用于测量并采集微波黑体内的物理温度。
作为优选地，所述温度控制模块包括：液氮循环系统和液氮均温冷板，所述液氮循环系统内部设置介质；
所述液氮循环系统，用于对其内部介质进行温度控制，所述液氮循环系统与微波黑体形成封闭循环通路；用于对所述微波黑体进行温度控制，使定标冷源达到热平衡状态，同时内部温度场达到均匀稳定状态；
所述液氮均温冷板内部设有介质流道，用于实现介质的循环流动，将冷量传递给微波黑体。
作为优选地，所述介质为液氮。
作为优选地，所述液氮制冷定标冷源还包括壳体及支撑结构。
作为优选地，所述液氮制冷定标冷源还包括：控制计算机，用于控制介质的温度，并获取温度采集模块采集的数据。
作为优选地，所述微波黑体外设置保温隔热层，用于将微波黑体与外界进行热隔离。
作为优选地，所述保温隔热层包括聚氨酯泡沫、纳米凝胶、保温棉和毛毡中的一种或两种以上。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、由于微波辐射计定标源的等效亮温温度主要取决于微波黑体发射率和物理温度场，上述两个参数中微波黑体发射率已经完全测定，只有物理温度场的描述存在温度均匀性和稳定性问题，成为了影响微波辐射计定标精度的最大不确定因素。本发明通过使用液氮循环系统和液氮均温冷板组合的控温方案解决了微波辐射计液氮制冷定标源中的温度均匀性和稳定性问题，尤其是大口径液氮制冷定标冷源的温度场描述问题，可以有效提高微波辐射计定标精度。经过实测，直径为1200mm口径的变温热源温度均匀性可以达到±0.2k，温度稳定性可以达到0.03K/10分钟,极大的改善了变温定标装置的辐射亮温精度；
2、应用本发明可以实现大口径高精度的微波辐射计液氮制冷定标冷源研制。现有微波辐射计液氮制冷定标冷源由于口径增大之后会导致温度均匀性和稳定性的恶化，只能实现大口径天线微波辐射计馈源层级的定标，不能够实现包含大口径天线在内的完整的端对端定标，降低了微波辐射计的定标精度。应用本发明可以实现大口径的微波辐射计液氮制冷定标冷源研制，能够实现将微波辐射计大口径天线包含在内的完整端对端定标，从而大大减小了定标不确定度，提高了微波辐射计载荷定标的精度，可以实现对海洋环境、大气与气象、农业、地质探查和军事侦察、于导弹的末端制导、射电天文、医疗病理研究等领域更高精度的探测，具有重要应用价值。
附图说明
图1为本发明的微波辐射计液氮制冷定标冷源的装置图；
图2为本发明图1中B-B的剖视图；
图3为本发明图2中A-A的剖视图；
图4为本发明的微波辐射计液氮均温冷板内部流道示意图；
图5为本发明的微波辐射计液氮均温冷板工程图；
图6为本发明的液氮循环系统设计图。
附图标记：
1、椎体安装板，2、液氮均温冷板，3、保温层，4、壳体，5、支撑架，6、支撑平台组件，7、面板，8、微波黑体，9、温度采集单元，10、液氮循环系统，11、管道，
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
微波辐射计通过接收来自地物目标的电磁辐射或者反射进行探测，是一种被动微波遥感器。微波辐射计与红外及可见光遥感器相比，具有波长更长、穿透能力强的优势，并且能够全天时、全天候工作，特别适合于观测地球物理参数。微波辐射计在对地观测和日常生活中正发挥着越来越重要的作用。它不但能够应用于海洋环境监测、大气与气象观测、农业监测、地质探查和军事侦察等方面，还可以用于导弹的末端制导、射电天文、医疗病理研究等领域。微波辐射计可以进行幅相、极化和相干接收，可以进行灵活的信号处理，以获取更多的有用信息。与主动遥感器相比，微波辐射计具有功耗低、体积小、质量轻和工作稳定可靠等特点。
为确定辐射计输出电压响应与天线口面输入电磁辐射的定量函数关系，通常采用两点定标法为双极化辐射计定标。两点定标时，选用两个微波辐射特性精确已知的参考噪声源作为微波辐射计定标源，利用两个定标源的输出响应确定辐射计输出电压与观测亮温之间的直线方程。两个定标源通常为高温源和低温源，而待测目标的亮温应该尽量在两个定标源亮温值之间，这样可以保证两点定标足够准确有效。本次发明提出的定标源装置就是上述两点定标中的低温源。
本发明提出一种新型微波辐射计液氮制冷定标冷源，其装置如图1、2、3所示。该微波辐射计液氮制冷定标冷源主要由微波黑体8、液氮均温冷板2、液氮循环系统10、温度采集单元9、控制计算机、保温层3和壳体4及支撑结构等部分组成，还包括椎体安装板1，面板7，管道11、其中，支撑结构包括支撑架5和支撑平台组件6。
各组成部分主要功能如下：
微波黑体：产生与物理温度等效的无极化辐射亮温；
液氮循环系统10：液氮循环系统内部所含介质为液氮，液氮循环系统10与需控温的微波黑体8通过管道11形成封闭循环通路。液氮制冷定标源所需要的冷量由液氮作为载体通过循环通路从定标源中传递出来，回到液氮循环系统中，如此循环往复，定标源达到热平衡状态后其物理温度就是液氮的温度，同时内部温度场将达到均匀稳定状态，液氮循环系统设计图如图6所示；
液氮均温冷板2：根据温度均匀性要求，均温冷板内部设有介质流道，液氮通过均温冷板的内部流道循环，将冷量传递给微波黑体，以实现对微波黑体的温度控制，与液氮循环系统10共同实现定标源的液氮制冷功能；液氮均温冷板内部流道如图4；液氮均温冷板工程如图5；。
保温层3：微波黑体8外设置保温层3，将辐射黑体与外界进行热隔离，减小外界环境对定标源的温度扰动，实现更高精度的温度均匀性和稳定性；
壳体4及支撑结构：保证定标冷源的设备安装与结构支撑；
温度采集单元9：采集定标源的内部各个点的物理温度，以便等效出辐射亮温温度；
控制计算机：实现液氮制冷定标源冷源的状态控制和数据采集。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述液氮制冷定标冷源包括：微波黑体、温度控制模块和温度采集模块；
所述微波黑体，用于产生与物理温度等效的无极化辐射亮温；
所述温度控制模块，用于对微波黑体进行均匀稳定的温度控制；
所述温度采集模块包括多个温度采集单元，设置在微波黑体内部，用于测量并采集微波黑体内的物理温度。
2.根据权利要求1所述的微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述温度控制模块包括：液氮循环系统和液氮均温冷板，所述液氮循环系统内部设置介质；
所述液氮循环系统，用于对其内部介质进行温度控制，所述液氮循环系统与微波黑体形成封闭循环通路；用于对所述微波黑体进行温度控制，使定标冷源达到热平衡状态，同时内部温度场达到均匀稳定状态；
所述液氮均温冷板内部设有介质流道，用于实现介质的循环流动，将冷量传递给微波黑体。
3.根据权利要求2所述的微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述介质为液氮。
4.根据权利要求1所述的微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述液氮制冷定标冷源还包括壳体及支撑结构。
5.根据权利要求1所述的微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述液氮制冷定标冷源还包括：控制计算机，用于控制介质的温度，并获取温度采集模块采集的数据。
6.根据权利要求1所述的微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述微波黑体外设置保温隔热层，用于将微波黑体与外界进行热隔离。
7.根据权利要求6所述的微波辐射计液氮制冷定标冷源，其特征在于，所述保温隔热层包括聚氨酯泡沫、纳米凝胶、保温棉和毛毡中的一种或两种以上。
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