CN112114284B - 一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法及系统 - Google Patents

一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法及系统，属于空间微波遥感技术领域。本发明包括：在星载微波辐射计的地面测试阶段，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性；星载微波辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标。本发明通过克服现有方法的局限性，能够准确、简便并且实时的对辐射计在轨后接收机增益进行定标，是一种实用的星载微波辐射计接收机增益内定标方法。

Description

一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法及系统
技术领域
本发明涉及一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法及系统，属于空间微波遥感技术领域。
背景技术
传统的星载微波辐射计在轨一般采用天线口面两点定标的方式对接收机的增益进行定标，高温源一般采用黑体热源，低温源则是通过冷空反射镜反射冷空信号实现，通过旋转天线能够周期性观测热源以及冷空反射镜进行两点定标，保证系统测量精度。随着综合孔径微波辐射计的应用，由于其采用阵列天线，无法像传统的辐射计采用热源以及冷空反射镜的形式对接收机进行两点定标，因此需要采用内定标的方式完成接收机增益的定标。
现有的接收机内定标方法有以下两种：
1)噪声注入方法
通过噪声源向接收机注入高温源以及匹配负载注入常温源进行接收机两点定标，这种方法需要增加噪声源，增加了系统复杂度，同时定标需要在匹配负载和噪声源间切换，增加了定标时间，降低了系统对地观测时间。
2)冷空定标
通过卫星机动使辐射计观测冷空，或者是通过冷空反射镜观测冷空结合匹配负载噪声注入的常温信号对接收机进行两点定标获取增益，这种方法要么需要卫星进行姿态机动，这样定标周期一般都会较长不能够进行实时定标；要么增加冷空天线，带来系统的复杂度大大增加，特别是对于综合孔径辐射计，增加冷空天线在工程上难以有效实现。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法及系统，通过克服现有方法的局限性，能够准确、简便并且实时的对辐射计在轨后接收机增益进行定标，是一种实用的星载微波辐射计接收机增益内定标方法。
本发明的技术解决方案是：一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法，包括如下步骤：
步骤一，在星载微波辐射计的地面测试阶段，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性；
步骤二，星载微波辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标。
进一步地，所述通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度包括如下步骤：
辐射计接收机物理温度为T1时刻，辐射计天线观测地面冷定标源，其辐射亮温为Tcold，接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T1)；
辐射计接收机物理温度为T1时刻，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T1，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为VU(T1)；
通过下式计算得到接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)：
其中，
进一步地，所述并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性包括如下步骤：
计算接收机在温度T2时的噪声温度TR(T2)；
通过下式获得接收机噪声温度的敏感性STR：
进一步地，所述计算接收机的增益包括如下步骤：
通过温度传感器获取辐射计接收机的物理温度为TP；
接收机开关选择切入匹配负载的输出信号，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(TP)；
通过接收机噪声温度TR(T1)以及噪声温度敏感性STR，计算辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)。
进一步地，所述辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)为
一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标系统，包括：
第一模块，在星载微波辐射计的地面测试阶段，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性；
第二模块，星载微波辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标。
进一步地，所述通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，具体包括如下步骤：
辐射计接收机物理温度为T1时刻，辐射计天线观测地面冷定标源，其辐射亮温为Tcold，接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T1)；
辐射计接收机物理温度为T1时刻，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T1，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为VU(T1)；
通过下式计算得到接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)：
其中，
进一步地，所述并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性，具体包括如下步骤：
计算接收机在温度T2时的噪声温度TR(T2)；
通过下式获得接收机噪声温度的敏感性STR：
进一步地，所述计算接收机的增益，具体包括如下步骤：
通过温度传感器获取辐射计接收机的物理温度为TP；
接收机开关选择切入匹配负载的输出信号，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(TP)；
通过接收机噪声温度TR(T1)以及噪声温度敏感性STR，计算辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)。
进一步地，所述辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)为
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明通过采用地面试验测量得到的接收通道噪声温度敏感性以及在轨后周期性观测匹配负载的方式实现了在轨接收机增益定标，无需额外增加噪声定标源，降低了系统复杂度，同时能够降低定标时间，增加系统观测时间；于此同时，对于接收机增益的定标无需卫星机动观测冷空，可以在轨准确的对辐射计接收机增益进行定标，降低了系统复杂度，同时具有实施简单、实时(毫秒级)等优点。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下对本申请实施例所提供的一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤：
步骤一，接收机噪声温度及温度敏感性获取。微波辐射计在地面时进行测试，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变的接收机物理温度下获取接收机噪声温度的温度敏感性；
在本申请实施例所提供的方案中，具体的，步骤一可以包括如下步骤：
1)辐射计接收机物理温度为T1时刻，辐射计天线观测地面冷定标源，其辐射亮温为Tcold。接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T1)。
2)辐射计接收机物理温度为T1时刻，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T1。此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为VU(T1)。
3)计算接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)；
在一种可能实现的方式中，通过下式计算得到接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)：
4)通过温度控制设备(可以是加热片)改变辐射计接收机物理温度，辐射计接收机物理温度为T2时刻，辐射计天线观测地面定标源冷源，其辐射亮温为Tcold。接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T2)。
5)辐射计接收机物理温度为T2时刻，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T2。此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为VU(T2)。
6)计算接收机在温度T2时的G(T2)以及噪声温度TR(T2)；
在一种可能实现的方式中，通过下式计算得到接收机在温度T2时的G(T2)以及噪声温度TR(T2)：
7)计算接收机噪声温度的敏感性STR；
在一种可能实现的方式中，通过下式获得接收机噪声温度的敏感性STR：
步骤二，辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，进行内部定标，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标。
在本申请实施例所提供的方案中，具体的，步骤二可以包括如下步骤：
1)通过温度传感器获取辐射计接收机的物理温度为TP。
在一种可能实现的方式中，温度传感器可以是热敏电阻。
2)接收机开关选择切入匹配负载的输出信号，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(TP)。
3)通过步骤一中获取的接收机噪声温度TR(T1)以及噪声温度敏感性STR，计算辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)，完成定标；
在一种可能实现的方式中，通过下式计算得到，辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)：
基于与一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法相同的构思，本申请还提供了一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标系统。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标系统，包括：
第一模块，在星载微波辐射计的地面测试阶段，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性；
进一步，在一种可能的实现方式中，所述通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，具体包括如下步骤：
辐射计接收机物理温度为T1时刻，辐射计天线观测地面冷定标源，其辐射亮温为Tcold，接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T1)；
辐射计接收机物理温度为T1时刻，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T1，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为VU(T1)；
通过下式计算得到接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)：
其中，
具体的，在一种可能的实现方式中，所述并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性，具体包括如下步骤：
计算接收机在温度T2时的噪声温度TR(T2)；
通过下式获得接收机噪声温度的敏感性STR：
第二模块，星载微波辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标。
进一步，在一种可能实现的方案中，所述计算接收机的增益，具体包括如下步骤：
通过温度传感器获取辐射计接收机的物理温度为TP；
接收机开关选择切入匹配负载的输出信号，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(TP)；
通过接收机噪声温度TR(T1)以及噪声温度敏感性STR，计算辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)。
优选的，在一种可能实现的方案中，所述辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)为
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在星载微波辐射计的地面测试阶段，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性；
步骤二，星载微波辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标；
所述计算接收机的增益包括如下步骤：
通过温度传感器获取辐射计接收机的物理温度为TP；
接收机开关选择切入匹配负载的输出信号，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(TP)；
通过接收机噪声温度TR(T1)以及噪声温度敏感性STR，计算辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)；
所述辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)为
2.根据权利要求1所述的一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法，其特征在于，所述通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度包括如下步骤：
辐射计接收机物理温度为T1，辐射计天线观测地面冷定标源，其辐射亮温为Tcold，接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T1)；
辐射计接收机物理温度为T1，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T1，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(T1)；
通过下式计算得到接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)：
其中，
3.根据权利要求2所述的一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标方法，其特征在于，所述并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性包括如下步骤：
计算接收机在温度T2时的噪声温度TR(T2)；
通过下式获得接收机噪声温度的敏感性STR：
4.一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标系统，其特征在于，包括：
第一模块，在星载微波辐射计的地面测试阶段，通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性；
第二模块，星载微波辐射计在轨工作后，通过接收机开关周期性的切匹配负载端，并且结合地面测试得到的接收机噪声温度和温度敏感性计算接收机的增益，完成对接收机增益的定标；
所述计算接收机的增益，具体包括如下步骤：
通过温度传感器获取辐射计接收机的物理温度为TP；
接收机开关选择切入匹配负载的输出信号，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(TP)；
通过接收机噪声温度TR(T1)以及噪声温度敏感性STR，计算辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)；
所述辐射计接收机工作在温度TP的增益G(TP)为
5.根据权利要求4所述的一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标系统，其特征在于，所述通过采用外部冷定标源和接收机内部安装的匹配负载进行两点定标获取接收机的噪声温度，具体包括如下步骤：
辐射计接收机物理温度为T1，辐射计天线观测地面冷定标源，其辐射亮温为Tcold，接收机开关选择切入天线，此时接收机输出观测冷定标源的电压结果为Vcold(T1)；
辐射计接收机物理温度为T1，接收机开关选择切入匹配负载，其物理温度为T1，此时接收机输出观测匹配负载的电压结果为VU(T1)；
通过下式计算得到接收机在温度T1时的G(T1)以及噪声温度TR(T1)：
其中，
6.根据权利要求5所述的一种星载微波辐射计在轨接收机增益内定标系统，其特征在于，所述并且通过改变接收机物理温度获取接收机噪声温度的温度敏感性，具体包括如下步骤：
计算接收机在温度T2时的噪声温度TR(T2)；
通过下式获得接收机噪声温度的敏感性STR：
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