CN111982307B - 星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置及方法，该方法及装置科学合理、易于实现。本发明基于星载微波辐射计在轨定标系统的结构，提供了有效而精准的在轨观测亮温不确定度的测试方法及装置，从而可以评估星载微波辐射计在轨观测亮温的稳定度，也有利于评估星载微波辐射计的在轨观测亮温定标效果，能为针对性的改善评估系统定标方案指明方向，进而为提高星载微波辐射计在轨辐射测量精度打下良好的基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置及方法。
背景技术
微波辐射计通过测量地表和大气辐射信息，可以反演温度、风速、海冰、积雪、土壤湿度和降水等参数，广泛应用于大气、海洋和陆地等环境的探测领域。微波辐射计在轨运行时能否取得准确有效的地表亮温遥感数据，主要取决于微波辐射计的定标精度。因此，为了获得准确有效的地表亮温遥感数据，需要大大提高微波辐射计的定标精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置及方法。
为解决上述问题，本发明提供一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，包括：热源辐射量模块、冷源辐射量模块、热源观测电压模块、冷源观测电压模块、对地观测电压模块、各参数之间的相关系数模块、在轨观测亮温不确定度计算模块：
所述热源辐射量模块，用于根据热源辐射量的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔLW)，得到热源辐射量(LW)的不确定度，并将热源辐射量不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述冷源辐射量模块，用于根据冷源辐射量的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔLC)，得到冷源辐射量(LC)的不确定度，并将冷源辐射量不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述热源观测电压模块，用于根据热源观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔCW)，得到热源观测电压(CW)的不确定度，并将热源观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述冷源观测电压模块，用于根据冷源观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔCC)，得到冷源观测电压(CC)的不确定度，并将冷源观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述对地观测电压模块，用于根据对地观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔCE)，得到对地观测电压(CE)的不确定度，并将对地观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述各参数之间的相关系数模块，用于根据热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压和对地观测电压的不确定度共5个参数，计算两两参数之间的共10项相关系数 并将10项相关系数传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述在轨观测亮温不确定度计算模块，用于根据热源辐射量模块、冷源辐射量模块、热源观测电压模块、冷源观测电压模块、对地观测电压模块、各参数之间的相关系数模块传递过来的各个参数，计算总的热源辐射量不确定度(ΔLE)，计算公式如下：
进一步的，上述装置中，所述热源辐射量的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到。
所述热源辐射量的偏差量部分(ΔLW)，由地面实验数据和在轨观测数据计算得到，计算公式如下：
进一步的，上述装置中，所述冷源辐射量的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述冷源辐射量的偏差量部分(ΔLC)，由地面实验数据和在轨观测数据计算得到，计算公式如下：
冷镜温度(LCM)、宇宙背景辐射(Lcos)和冷镜发射率(εC)的灵敏度系数部分分别为/>和/>由地面测试实验数据和在轨观测数据得到；
冷镜温度(LCM)、宇宙背景辐射(Lcos)和冷镜发射率(εC)的偏差量部分(Δ)由地面测试实验数据和在轨观测数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述热源观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述热源观测电压的偏差量部分(ΔCW)，由地面真空定标实验数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述冷源观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述冷源观测电压的偏差量部分(ΔCC)，由地面真空定标实验数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述对地观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述对地观测电压的偏差量部分(ΔCW)，由地面真空定标实验数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述各参数之间的共10项相关系数 以/>为例，根据在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
根据本发明的另一方面，还提供一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试方法，包括：
步骤1、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算热源辐射量灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤2、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算冷源辐射量灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤3、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算热源观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤4、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算冷源观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤5、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算对地观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤6、利用在轨数据，计算热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压和对地观测电压5个参数，两两参数之间的共10项相关系数
步骤7、利用步骤1-6中所获得的参数，进而计算星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度。
与现有技术相比，本发明的星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试方法科学合理、易于实现。本发明在传统定标系统的基础上，根据地面测试以及在轨观测数据，在计算热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压、对地观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分，以及各参数之间的相关系数，进而计算星载微波辐射计在轨观测亮温的不确定度，从而可以有效而精准的评估星载微波辐射计在轨定标效果。
附图说明
图1是本发明一实施例的星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，包括：热源辐射量模块、冷源辐射量模块、热源观测电压模块、冷源观测电压模块、对地观测电压模块、各参数之间的相关系数模块、在轨观测亮温不确定度计算模块：
所述热源辐射量模块，用于根据热源辐射量的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔLW)，得到热源辐射量(LW)的不确定度，并将热源辐射量不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述冷源辐射量模块，用于根据冷源辐射量的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔLC)，得到冷源辐射量(LC)的不确定度，并将冷源辐射量不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述热源观测电压模块，用于根据热源观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔCW)，得到热源观测电压(CW)的不确定度，并将热源观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述冷源观测电压模块，用于根据冷源观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔCC)，得到冷源观测电压(CC)的不确定度，并将冷源观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述对地观测电压模块，用于根据对地观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分(ΔCE)，得到对地观测电压(CE)的不确定度，并将对地观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述各参数之间的相关系数模块，用于根据热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压和对地观测电压的不确定度共5个参数，计算两两参数之间的共10项相关系数 并将10项相关系数传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述在轨观测亮温不确定度计算模块，用于根据热源辐射量模块、冷源辐射量模块、热源观测电压模块、冷源观测电压模块、对地观测电压模块、各参数之间的相关系数模块传递过来的各个参数，计算总的热源辐射量不确定度(ΔLE)，计算公式如下：
进一步的，上述装置中，所述热源辐射量的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到。
所述热源辐射量的偏差量部分(ΔLW)，由地面实验数据和在轨观测数据计算得到，计算公式如下：
进一步的，上述装置中，所述冷源辐射量的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述冷源辐射量的偏差量部分(ΔLC)，由地面实验数据和在轨观测数据计算得到，计算公式如下：
冷镜温度(LCM)、宇宙背景辐射(Lcos)和冷镜发射率(εC)的灵敏度系数部分分别为/>和/>由地面测试实验数据和在轨观测数据得到；
冷镜温度(LCM)、宇宙背景辐射(Lcos)和冷镜发射率(εC)的偏差量部分(Δ)由地面测试实验数据和在轨观测数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述热源观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述热源观测电压的偏差量部分(ΔCW)，由地面真空定标实验数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述冷源观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述冷源观测电压的偏差量部分(ΔCC)，由地面真空定标实验数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述对地观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述对地观测电压的偏差量部分(ΔCW)，由地面真空定标实验数据计算得到。
进一步的，上述装置中，所述各参数之间的共10项相关系数 以/>为例，根据在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
本发明提供一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试方法及装置，如图1所示，包括以下步骤：
计算热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压、对地观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分，以及各参数之间的相关系数，进而计算星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度。
具体的，本发明的星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的计算方法流程(如见附图1)如下：
步骤1、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算热源辐射量灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤2、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算冷源辐射量灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤3、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算热源观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤4、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算冷源观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤5、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算对地观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤6、利用在轨数据，计算热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压和对地观测电压5个参数，两两参数之间的相关系数( 共10项)；
步骤7、利用步骤1-6中所获得的参数，进而计算星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度。
在传统定标的过程中，微波辐射计采用两点定标系统(冷源/热源)来计算地表亮温数据，具体影响热源辐射量的因素有五个：热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压、对地观测电压。本发明在传统的辐射计定标系统的基础上，根据地面测试以及在轨观测数据，提供了一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试方法及装置，可以准确计算星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度。
该方法及装置科学合理、易于实现。本发明基于星载微波辐射计在轨定标系统的结构，提供了有效而精准的在轨观测亮温不确定度的测试方法及装置，从而可以评估星载微波辐射计在轨观测亮温的稳定度，也有利于评估星载微波辐射计的在轨观测亮温定标效果，能为针对性的改善评估系统定标方案指明方向，进而为提高星载微波辐射计在轨辐射测量精度打下良好的基础。
综上所述，本发明提出了一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试方法及装置。该方法在传统定标系统的基础上，根据地面测试以及在轨观测数据，通过计算热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压、对地观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分，以及各参数之间的相关系数，进而计算星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度，可以有效而精准的评估星载微波辐射计的在轨定标效果，从而为针对性的改善评估系统定标方案指明方向，为提高星载微波辐射计辐射测量精度打下良好的基础。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，包括：热源辐射量模块、冷源辐射量模块、热源观测电压模块、冷源观测电压模块、对地观测电压模块、各参数之间的相关系数模块、在轨观测亮温不确定度计算模块：
所述热源辐射量模块，用于根据热源辐射量的灵敏度系数部分和偏差量部分ΔLW，得到热源辐射量LW的不确定度，并将热源辐射量不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述冷源辐射量模块，用于根据冷源辐射量的灵敏度系数部分和偏差量部分ΔLC，得到冷源辐射量LC的不确定度，并将冷源辐射量不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述热源观测电压模块，用于根据热源观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分ΔCW，得到热源观测电压CW的不确定度，并将热源观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述冷源观测电压模块，用于根据冷源观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分ΔCC，得到冷源观测电压CC的不确定度，并将冷源观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述对地观测电压模块，用于根据对地观测电压的灵敏度系数部分和偏差量部分ΔCE，得到对地观测电压CE的不确定度，并将对地观测电压不确定度传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述各参数之间的相关系数模块，用于根据热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压和对地观测电压的不确定度共5个参数，计算两两参数之间的共10项相关系数
和/>并将10项相关系数传递到在轨观测亮温不确定度计算模块；
所述在轨观测亮温不确定度计算模块，用于根据热源辐射量模块、冷源辐射量模块、热源观测电压模块、冷源观测电压模块、对地观测电压模块、各参数之间的相关系数模块传递过来的各个参数，计算总的热源辐射量不确定度ΔLE，计算公式如下：
2.如权利要求1所述星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，所述热源辐射量的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述热源辐射量的偏差量部分ΔLW，由地面实验数据和在轨观测数据计算得到，计算公式如下：
3.如权利要求1所述星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，所述冷源辐射量的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述冷源辐射量的偏差量部分ΔLC，由地面实验数据和在轨观测数据计算得到，计算公式如下：
冷镜温度LCM、宇宙背景辐射Lcos和冷镜发射率εC的灵敏度系数部分分别为和/>由地面测试实验数据和在轨观测数据得到；
冷镜温度LCM、宇宙背景辐射Lcos和冷镜发射率εC的偏差量部分Δ由地面测试实验数据和在轨观测数据计算得到。
4.如权利要求1所述星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，所述热源观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述热源观测电压的偏差量部分ΔCW，由地面真空定标实验数据计算得到。
5.如权利要求1所述星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，所述冷源观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述冷源观测电压的偏差量部分ΔCC，由地面真空定标实验数据计算得到。
6.如权利要求1所述星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，所述对地观测电压的灵敏度系数部分根据相应参数及在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
其中，μ为非线性系数，由地面真空实验数据以及在轨数据计算得到；
所述对地观测电压的偏差量部分ΔCW，由地面真空定标实验数据计算得到。
7.如权利要求1所述星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试装置，其特征在于，所述各参数之间的共10项相关系数
和/>其中，对于/>根据在轨数据进行计算得到，计算公式如下：
8.一种星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度的测试方法，其特征在于，包括：
步骤1、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算热源辐射量灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤2、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算冷源辐射量灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤3、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算热源观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤4、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算冷源观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤5、基于传统的两点定标的定标系统，利用地面测试以及在轨观测数据，计算对地观测电压灵敏度系数部分和偏差量部分；
步骤6、利用在轨数据，计算热源辐射量、冷源辐射量、热源观测电压、冷源观测电压和对地观测电压5个参数，两两参数之间的共10项相关系数 和/>
步骤7、利用步骤1-6中所获得的参数，进而计算星载微波辐射计在轨观测亮温不确定度。
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