CN112068222B - 标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法。包括：设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息；根据任务信息，更新任务时间表，并分别下发到地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪中；计算地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数，并在地基太赫兹信号发射装置开机预热前更新其指向角度；在地基太赫兹信号发射装置开机预热后，控制地基太赫兹信号发射装置指向预定位置以发射太赫兹信号；多频太赫兹探测仪接收观测指令，定时在指定观测模式和指定指向角下接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列。

Description

标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法

技术领域

本公开涉及一种标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，同时也涉及相应的标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成系统，属于卫星遥感技术领域。

背景技术

风云四号(FY-4)气象卫星是中国的新一代静止轨道气象卫星，采用三轴稳定平台，提高对地观测精度、观测频次及观测区域的灵活性，实现技术上的重大跨越。风云四号气象卫星包括光学星和微波星两大系列，微波星将搭载多频太赫兹探测仪(为多频段太赫兹探测仪)，对天气系统开展全天候、全天时、高频次连续监测。

多频太赫兹探测仪的窗区频段可以通过观测地球上的地标点，实现对窗区频段的视轴标定。但由于多频太赫兹探测仪天线尺寸有限，空间分辨率较低，导致多频太赫兹探测仪视轴标定精度较低；并且，非窗区的频段无法有效观测到地球上的地标点，从而缺少在轨标定视轴的能力。

在轨实时标定多频段太赫兹探测仪视轴时，需要根据多频太赫兹探测仪接收的不同频段的观测数据序列、多站地基太赫兹信号发射装置的指向信息、时间信息和其它辅助信息，计算多频太赫兹探测仪视轴指向，获得各频段的高精度定位参数。其中，利用多频太赫兹探测仪如何配合地面发射装置在轨接收地面发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列，是目前面临的重要问题。

发明内容

本公开所要解决的首要技术问题在于提供一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法。

本公开所要解决的另一技术问题在于提供一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成系统。

为了实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，包括如下步骤：

设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息；

根据任务信息，更新任务时间表，并分别下发到所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪中；

计算所述地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数，并在所述地基太赫兹信号发射装置开机预热前更新其指向角度；

在所述地基太赫兹信号发射装置开机预热后，控制所述地基太赫兹信号发射装置指向预定位置以发射太赫兹信号；

所述多频太赫兹探测仪接收观测指令，定时在指定观测模式和指定指向角下接收所述地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪的任务信息包括：地基太赫兹信号观测任务的起止时间、所述地基太赫兹信号发射装置的站点位置和工作模式、所述多频太赫兹探测仪的起止时间、指向角和观测模式。

其中较优地，设置所述地基太赫兹信号发射装置的站点位置时，所述地基太赫兹信号发射装置的数量不少于3个。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置的工作模式包括指向、扫描、单站、多站联合模式；

当所述地基太赫兹信号发射装置的工作模式为扫描模式时，多频太赫兹探测仪的观测模式为驻留观测模式；

当所述地基太赫兹信号发射装置的工作模式为指向模式时，多频太赫兹探测仪的观测模式为步进观测模式。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数包括工作频率、极化方式、发射功率、功率稳定度、波束宽度、指向控制精度、指向测量精度、指向稳定度、指向角度以及工作时长中的一个或多个。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置的工作频率与极化方式与所述多频太赫兹探测仪的工作频率与极化方式保持一致。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置的发射功率根据如下公式计算；

上式中，Pr为所述多频太赫兹探测仪的接收功率，Pt为所述地基太赫兹发射装置的发射功率，G为所述地基太赫兹发射装置的天线增益，R为所述地基太赫兹发射装置与卫星之间的距离，A为大气衰减；

其中，所述大气衰减为水汽带来的太赫兹频段的衰减、氧气带来的衰减以及水凝物带来的衰减之和。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置的指向角度包括方位角和俯仰角，所述方位角根据如下公式计算，

上式中，AzimuthAngle为所述地基太赫兹信号发射装置的方位角，λs和λT分别为卫星星下点的经度与地基太赫兹信号发射装置站点的经度，Φs和Φ_T分别为卫星星下点的纬度与地基太赫兹信号发射装置站点的纬度；

所述俯仰角根据如下公式计算，

上式中，ElevationAngle为所述地基太赫兹信号发射装置的俯仰角，R_T为所述地基太赫兹发射装置到地心的距离，Rs为卫星到地心的距离，λs和λT分别为卫星星下点的经度与地基太赫兹信号发射装置站点的经度，Φ_T为地基太赫兹信号发射装置站点的纬度。

其中较优地，所述地基太赫兹信号发射装置的指向控制精度小于波束宽度，所述指向测量精度和所述指向稳定度比所述指向控制精度高一个数量级。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成系统，包括地面数据处理装置、地基太赫兹发射装置和多频太赫兹探测仪；

所述地面数据处理装置，用于设置所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪的任务信息，以更新任务时间表，并分别下发到所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪中；所述地面数据处理装置，还用于自动计算多频太赫兹探测仪的观测指令；

所述地基太赫兹发射装置，用于根据计算的指向角，调整指向角指向预定位置，完成向所述多频太赫兹探测仪发射太赫兹信号；

所述多频太赫兹探测仪，用于接收观测指令，实现定时在指定观测模式和指定指向角下接收所述地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列，并将该观测数据序列下传至所述地面数据处理装置进行处理。

本公开实施例所提供的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法通过设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息，以更新任务时间表，分别下发到地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪中，并根据计算的地基太赫兹信号发射装置的指向角精准控制天线指向，从而发射指定中心频率和极化的太赫兹信号。另一方面，采用以多频太赫兹探测仪与地基太赫兹发射装置协同工作为出发点，设置地基太赫兹信号发射装置的工作模式和多频太赫兹探测仪的观测模式，以尽快捕获到太赫兹信号，并获取不同频段高精度观测数据序列。

附图说明

图1为本公开实施例提供的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法的流程图；

图2为本公开实施例提供的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本公开的技术内容做进一步的详细说明。

为了从空间多频太赫兹探测仪高精度定位需求出发，针对空间多频太赫兹探测仪天线口径小、空间分辨率低、工作频率涵盖窗区通道和非窗区通道等特点，实现多频太赫兹探测仪在轨精确地接收地面发射的太赫兹信号，以获得不同频段高精度观测数据；如图1所示，本公开实施例提供了一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，包括：

步骤S1、设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息。

根据空间多频太赫兹探测仪的在轨视轴标定需求，在地面数据处理装置上分别设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息；其中，地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息包括：地基太赫兹信号观测任务的起止时间、地基太赫兹信号发射装置的站点位置和工作模式、多频太赫兹探测仪的起止时间、指向角和观测模式。

在设置地基太赫兹信号发射装置的站点位置时，需要考虑的主要方面包括：地基太赫兹信号发射装置的数量和位置分布、气候条件、电磁环境、遮挡情况、供配电、网络/通讯能力、基础设施状况以及交通与试验环境等。

具体的说，地基太赫兹信号发射装置的数量：由于在对多频太赫兹探测仪进行在轨视轴标定时，需要根据至少3组输入数据反算多频太赫兹探测仪各频段的定位参数，而每组输入数据中均包含有从多频太赫兹探测仪接收到的地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号中获得的不同频段观测数据序列。因此，需布设不少于3个地理位置精确且已知的地基太赫兹信号发射装置。

地基太赫兹信号发射装置的位置分布：从对多频太赫兹探测仪进行在轨视轴标定时的定位参数解算的角度出发，如果地基太赫兹信号发射装置的空间分布过于集中，会使得计算多频太赫兹探测仪在轨视轴标定时的定位参数产生较大的误差。因此，各个地基太赫兹信号发射装置之间距离不能太近，空间位置应尽量均匀分布；考虑到在国外设置地基太赫兹信号发射装置的站点位置较为困难，可在国内优选若干位置布站。

气候条件：地基太赫兹信号发射装置的发射功率较小，而且该地基太赫兹信号发射装置受降雨、云、水汽的衰减比较大，为确保多频太赫兹探测仪能够接收到并有效识别地基太赫兹信号发射装置在地面发射的太赫兹信号，选取站点时需要考虑当地的气候特征，通过分析近年来当地的降雨和云等观测数据，优选降雨少、云量少、水汽少的地区设置地基太赫兹信号发射装置的站点位置。

电磁环境：地基太赫兹信号发射装置的站点位置需要确保其工作带宽范围内不受电磁干扰，需携带相应频段的接收机进行现场测试；同时，也要确保对所在地的其它已有设备不造成干扰。

遮挡情况：地基太赫兹信号发射装置的站点位置需要确保无地形、建筑物和植被等的遮挡。

供配电：地基太赫兹信号发射装置的站点应能够提供稳定的电力，市电供电优先。

网络/通讯能力：因远程计算机控制以及需要将地基太赫兹信号发射装置的工作状态和相关数据通过网络传输，因此要保证具有稳定的通讯条件。

基础设施状况：需考察现场的基础设施状况，确定现有基础设施条件是否满足建设地基太赫兹信号发射装置的站点的要求(地基平整度、稳固性、面积、洁净度等)，确定是否需要建立站点及占地申请的可行性；

交通与试验环境：地基太赫兹信号发射装置的站点还需要考虑交通运输、设备安装、调试、星地联试(多频太赫兹探测仪与地基太赫兹信号发射装置之间的联试)以及后续长期维护的便利性。

根据多频太赫兹探测仪的主要观测模式及视轴指向标定需求，设置各个地基太赫兹信号发射装置的工作模式和多频太赫兹探测仪相应的观测模式。

地基太赫兹信号发射装置的工作模式包括指向、扫描、单站、多站联合这几类，具有不少于四种组合方式。

扫描工作模式：地基太赫兹信号发射装置在小范围内进行步进扫描或圆锥扫描，以确保多频太赫兹探测仪可以较快地接收到地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，从而提高多频太赫兹探测仪的信号捕获效率。

指向工作模式：根据卫星轨道预报数据，地基太赫兹信号发射装置计算在预定时间指向卫星所需的指向角，在观测期间该指向角保持不变；该模式主要配合多频太赫兹探测仪步进模式使用，以达到亚像元的信号检测精度。

单站工作模式：按照预定时间，仅开启一个地基太赫兹信号发射装置，工作在扫描或指向工作模式下，发射特定频段的太赫兹信号，配合多频太赫兹探测仪工作。

多站联合工作模式：按照预定时间，顺次开启多个地基太赫兹信号发射装置，工作在扫描或指向模式下，发射特定频段的太赫兹信号，配合多频太赫兹探测仪工作。

多频太赫兹探测仪，针对基于地基太赫兹信号发射装置开展在轨标定视轴的目的，专门设置地基太赫兹信号观测模式，包括驻留观测与步进观测两种观测模式。

驻留观测模式：多频太赫兹探测仪天线指向地基太赫兹信号发射装置的站点，驻留观测一定时间，期间指向保持不动，稳定接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号；该种观测模式与地基太赫兹信号发射装置的扫描工作模式联合使用，以使得多频太赫兹探测仪尽快接收到地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号。

步进观测模式：多频太赫兹探测仪天线指向地基太赫兹信号发射装置的站点，驻留观测一定时间后微调指向角，开展步进观测，或以稳定的速度扫过地面站点，在不同位置接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号；该种观测模式主要与地基太赫兹信号发射装置的指向工作模式联合使用。

在本公开的一个实施例中，通过将地基太赫兹信号发射装置工作在扫描模式与多频太赫兹探测仪工作在驻留模式，尽快捕获到地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号后，切换为地基太赫兹信号发射装置工作在指向模式与多频太赫兹探测仪工作在步进模式，以获取亚像元级的各频段高精度观测数据序列。

步骤S2、根据任务信息，更新任务时间表，并分别下发到地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪中。

根据步骤S1设置的地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息，更新任务时间表，该任务时间表包括当前地基太赫兹信号观测任务的起止时间；即将任务时间表中上一次地基太赫兹信号观测任务的起止时间更新为当前设置的地基太赫兹信号观测任务的起止时间，或在没有地基太赫兹信号观测任务的情况下添加新的地基太赫兹信号观测任务的起止时间。地面数据处理装置将更新后的任务时间表分别下发到多频太赫兹探测仪和各个地基太赫兹信号发射装置中，一方面以便于多频太赫兹探测仪按照地基太赫兹信号观测任务的起止时间以及预先计划的指向角准时接收和停止接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，另一方面地基太赫兹信号发射装置根据当前地基太赫兹信号观测任务的起止时间确定出其开机时间。

步骤S3、计算地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数，并在地基太赫兹信号发射装置开机预热前更新其指向角度。

计算地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数包括：工作频率、极化方式、发射功率、功率稳定度、波束宽度、指向控制精度、指向测量精度、指向稳定度以及工作时长中的一个或多个。地基太赫兹信号发射装置的各个发射参数的具体解释如下。

具体的说，地基太赫兹信号发射装置的工作频率包括窗区通道和非窗区通道的工作频率。地基太赫兹信号发射装置的工作频率与多频太赫兹探测仪的工作频率保持一致，以使得多频太赫兹探测仪可以准确的接收到地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号。

地基太赫兹信号发射装置的极化方式与多频太赫兹探测仪的极化方式一致，以保证所采用极化方式下对应的电磁波在空间传输时候得到的极化信息是完整的。

多频太赫兹探测仪接收到的太赫兹信号的实际有效功率强度应超过该多频太赫兹探测仪噪声的3倍以上，才能够有效检测出地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号。根据多频太赫兹探测仪的灵敏度和地基太赫兹信号发射装置的天线增益、观测距离、大气衰减量等参数，并采用公式(1)计算出地基太赫兹信号发射装置所需的发射功率。其中，地基太赫兹信号发射装置的太赫兹频段的大气衰减情况需要着重考虑，因为在太赫兹频段，水汽和氧气的衰减影响比较严重，极化分子与入射波作用会产生强烈的吸收，同时空中的水凝物(雨、雾、雪、霜、云等)会引起附加的衰减；需要通过正演仿真，分别计算窗区通道和非窗区通道的衰减量，进而确定出地基太赫兹信号发射装置的发射功率。

上式中，Pr为多频太赫兹探测仪的接收功率，Pt为地基太赫兹发射装置的发射功率，G为地基太赫兹发射装置的天线增益，R为地基太赫兹发射装置与卫星之间的距离，A为大气衰减(见公式(2))。当多频太赫兹探测仪的接收功率大于等于多频太赫兹探测仪的灵敏度时，多频太赫兹探测仪可以接收到地基太赫兹发射装置发射的有效太赫兹信号；更进一步，为提高信号检测的成功率，接收功率应超过多频太赫兹探测仪灵敏度的3倍以上，据此即可计算出所需的地基太赫兹发射装置的发射功率Pt。

A＝Aw+Ao+Ah (2)

上式中，Aw为水汽带来的太赫兹频段的衰减，Ao为氧气带来的衰减，Ah为水凝物带来的衰减。

根据地基太赫兹信号发射装置的发射太赫兹信号时长确定其发射太赫兹信号的功率稳定度。而对地基太赫兹装置持续工作时长的要求受地基太赫兹信号发射装置的工作模式约束。例如，地基太赫兹信号发射装置发射太赫兹信号的时间设置为10分钟，那么需要保证该装置这10分钟之内发射太赫兹信号的稳定度。其中，地基太赫兹信号发射装置的功率稳定度包括短期稳定度和长期稳定度；短期稳定度尤其重要，该参数确保了地基太赫兹信号发射装置工作期间的稳定性，从而保证多频太赫兹探测仪接收太赫兹信号的稳定性。

地基太赫兹信号发射装置的波束宽度应足够大，其值应超过波束指向抖动、指向误差及卫星位置误差带来的综合影响，使卫星始终处于地基太赫兹信号发射装置的太赫兹发射波束的照射范围内。

如果地基太赫兹信号发射装置指向位置不够准确，使得多频太赫兹探测仪无法接收到地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号中心，因为该太赫兹信号已偏离了主波束的位置，导致太赫兹信号变弱，因此要求地基太赫兹信号发射装置的指向控制精度小于其波束宽度，指向测量精度和指向稳定度比指向控制精度高一个数量级；其中较佳地，地基太赫兹信号发射装置的指向控制精度控制在远小于其波束宽度，例如指向控制精度控制在地基太赫兹信号发射装置的波束宽度的1/10以内。

在地基太赫兹信号发射装置开机预热前需要更新其指向角度。具体的说，根据地面站点获取的卫星轨道参数，地基太赫兹信号发射装置可自动实时计算和调整指向角度(包括方位和俯仰角)，使得地基太赫兹信号发射装置可以指向预定位置，实现向多频太赫兹探测仪发射太赫兹信号；具体的说，根据卫星轨道预报结果和观测计划，精确计算指向卫星的角度(方位和俯仰角)，并根据该角度信息生成指向控制指令，控制地基太赫兹信号发射装置的发射天线到达方位和俯仰角，按时发射太赫兹信号；方位角和俯仰角根据公式(3)和(4)得到。

上式中，AzimuthAngle为地基太赫兹信号发射装置的方位角，λs和λT分别为卫星星下点的经度与地基太赫兹信号发射装置站点的经度，Φs和Φ_T分别为卫星星下点的纬度与地基太赫兹信号发射装置站点的纬度。

上式中，ElevationAngle为地基太赫兹信号发射装置的俯仰角，RT为地基太赫兹发射装置到地心的距离，Rs为卫星到地心的距离，Rs＝RT+h，h为卫星高度；λs和λT分别为卫星星下点的经度与地基太赫兹信号发射装置站点的经度，Φ_T为地基太赫兹信号发射装置站点的纬度。

步骤S4、在地基太赫兹信号发射装置开机预热后，控制地基太赫兹信号发射装置指向预定位置以发射太赫兹信号。

完成步骤S1～S3后，将地基太赫兹信号发射装置开机预热后，根据步骤S3中计算的地基太赫兹信号发射装置的指向角度，自动实时调整地基太赫兹信号发射装置的指向角度，使得该地基太赫兹信号发射装置可以指向预定位置，并按照设置的地基太赫兹信号观测任务的起止时间向多频太赫兹探测仪按时开始和停止发射太赫兹信号。

步骤S5、多频太赫兹探测仪接收观测指令，实现定时在指定观测模式和指定指向角下接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列。

多频太赫兹探测仪接收地面数据处理装置下发的观测指令，获取地基太赫兹信号发射装置的工作模式，以自动调整到对应的观测模式，并按照设置的地基太赫兹信号观测任务的起止时间和指向角，按时开始和停止接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，从而获取不同频段的观测数据序列。

地面数据处理装置从地基太赫兹发射装置获取发射的太赫兹信号的功率及发射装置的位置信息、指向信息和工作状态等信息，并从多频段太赫兹探测仪获取不同频段的观测数据序列后，对每个频段的观测数据序列进行处理，得到地基太赫兹发射装置发射的太赫兹信号在多频太赫兹探测仪探测器件上的亚像元位置信息，结合地基太赫兹发射装置提供的发射期间的辅助信息，通过多频太赫兹探测仪视轴标定模型，共同解算得到多频太赫兹探测仪在轨视轴偏差，即获得每个频段的视轴修正参数，进而通过定位计算得到多频太赫兹探测仪每个频段的高精度定位结果。

进一步地，如图2所示，本公开实施例还提供一种标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成系统10，包括地面数据处理装置101、地基太赫兹发射装置102和多频太赫兹探测仪103。

地面数据处理装置101，用于设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息，以更新任务时间表，并分别下发到地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪中，此外还负责自动计算太赫兹探测仪的观测指令。

地基太赫兹发射装置102，用于根据计算的发射参数，调整指向角指向预定位置，完成向多频太赫兹探测仪发射太赫兹信号。

多频太赫兹探测仪103，用于接收观测指令，实现定时在指定观测模式和指定指向角下接收地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列，并将该观测数据序列下传至地面数据处理装置101进行处理。

地面数据处理装置101可以为计算机、服务器、平板电脑等。

地基太赫兹发射装置102可解析地面数据处理装置101下发的任务时间表，可根据卫星轨道参数计算天线指向角，可精准控制天线指向，可发射指定中心频率和极化的太赫兹信号，可高频次采集记录指向角和发射功率等信息，可定时开关，可上报运行状态，具备全自动化运行能力，可远程控制。地基太赫兹发射装置102包括多频率多极化天线子装置与中心电子设备子装置。其中，天线子装置包括反射面天线、多频率多极化辐射单元馈电网络与伺服机构等；中心电子设备子装置包括基准频率源、线性调频源、微波功率放大器、多通道接收机、内定标器、监控定时器与电源分配器等。为了实现完整的系统功能，包括内定标环路，以及接收通路。

本公开实施例所提供的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法通过设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息，以更新任务时间表，分别下发到地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪中，并根据计算的地基太赫兹信号发射装置的指向角精准控制天线指向，从而发射指定中心频率和极化的太赫兹信号。另一方面，采用以多频太赫兹探测仪与地基太赫兹发射装置协同工作为出发点，设置地基太赫兹信号发射装置的工作模式和多频太赫兹探测仪的观测模式，以尽快捕获到太赫兹信号，并获取不同频段高精度观测数据序列。

以上对本公开所提供的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本公开实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本公开专利权的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于包括如下步骤：

设置地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪的任务信息；

根据任务信息，更新任务时间表，并分别下发到所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪中；

计算所述地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数，并在所述地基太赫兹信号发射装置开机预热前更新其指向角度；

在所述地基太赫兹信号发射装置开机预热后，控制所述地基太赫兹信号发射装置指向预定位置以发射太赫兹信号；

所述多频太赫兹探测仪接收观测指令，定时在指定观测模式和指定指向角下接收所述地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列；

所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪的任务信息包括：地基太赫兹信号观测任务的起止时间、所述地基太赫兹信号发射装置的站点位置和工作模式、所述多频太赫兹探测仪的起止时间、指向角和观测模式；

所述地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数包括工作频率、极化方式、发射功率、功率稳定度、波束宽度、指向控制精度、指向测量精度、指向稳定度、指向角度以及工作时长中的一个或多个。

2.如权利要求1所述的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于：

设置所述地基太赫兹信号发射装置的站点位置时，所述地基太赫兹信号发射装置的数量不少于3个。

3.如权利要求1所述的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于：

所述地基太赫兹信号发射装置的工作模式包括指向、扫描、单站、多站联合模式；

当所述地基太赫兹信号发射装置的工作模式为扫描模式时，多频太赫兹探测仪的观测模式为驻留观测模式；

当所述地基太赫兹信号发射装置的工作模式为指向模式时，多频太赫兹探测仪的观测模式为步进观测模式。

4.如权利要求1所述的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于：

所述地基太赫兹信号发射装置的工作频率与极化方式与所述多频太赫兹探测仪的工作频率与极化方式保持一致。

5.如权利要求1所述的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于：

所述地基太赫兹信号发射装置的发射功率根据如下公式计算；

上式中，Pr为所述多频太赫兹探测仪的接收功率，Pt为所述地基太赫兹信号发射装置的发射功率，G为所述地基太赫兹信号发射装置的天线增益，R为所述地基太赫兹信号发射装置与卫星之间的距离，A为大气衰减；

其中，所述大气衰减为水汽带来的太赫兹频段的衰减、氧气带来的衰减以及水凝物带来的衰减之和。

6.如权利要求1所述的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于：

所述地基太赫兹信号发射装置的指向角度包括方位角和俯仰角，所述方位角根据如下公式计算，

上式中，AzimuthAngle为所述地基太赫兹信号发射装置的方位角，λ_S和λ_T分别为卫星星下点的经度与地基太赫兹信号发射装置站点的经度，Φ_S和Φ_T分别为卫星星下点的纬度与地基太赫兹信号发射装置站点的纬度；

所述俯仰角根据如下公式计算，

上式中，ElevationAngle为所述地基太赫兹信号发射装置的俯仰角，R_T为所述地基太赫兹信号发射装置到地心的距离，Rs为卫星到地心的距离。

7.如权利要求1所述的用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成方法，其特征在于：

所述地基太赫兹信号发射装置的指向控制精度小于其波束宽度，所述指向测量精度和所述指向稳定度比所述指向控制精度高一个数量级。

8.一种用于标定多频太赫兹探测仪视轴的地基太赫兹信号生成系统，包括地面数据处理装置、地基太赫兹信号发射装置和多频太赫兹探测仪；

所述地面数据处理装置，用于设置所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪的任务信息，以更新任务时间表，并分别下发到所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪中；所述地面数据处理装置，还用于自动计算多频太赫兹探测仪的观测指令；

所述地基太赫兹信号发射装置，用于根据计算的指向角，调整指向角指向预定位置，完成向所述多频太赫兹探测仪发射太赫兹信号；

所述多频太赫兹探测仪，用于接收观测指令，实现定时在指定观测模式和指定指向角下接收所述地基太赫兹信号发射装置发射的太赫兹信号，以获得不同频段观测数据序列，并将该观测数据序列下传至所述地面数据处理装置进行处理；

所述地基太赫兹信号发射装置和所述多频太赫兹探测仪的任务信息包括：地基太赫兹信号观测任务的起止时间、所述地基太赫兹信号发射装置的站点位置和工作模式、所述多频太赫兹探测仪的起止时间、指向角和观测模式；

所述地基太赫兹信号发射装置的相关发射参数包括工作频率、极化方式、发射功率、功率稳定度、波束宽度、指向控制精度、指向测量精度、指向稳定度、指向角度以及工作时长中的一个或多个。

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