CN115128556A - 一种获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置，方法包括：启动地基微波辐射计，确认运行状态平稳；针对每一测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于方位角和与地面入射角相同的天顶角对，向上观测大气下行辐射亮温；依据获取的海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组；求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。可以提高观测偏差的精度。

Description

一种获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置
技术领域
本发明涉及微波辐射技术领域，具体而言，涉及一种获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置。
背景技术
地基微波辐射计的观测偏差对后续观测测量得到的数据处理具有重要影响。目前，在获取地基微波辐射计观测偏差时，一般是利用黑体吸波材料制作黑体参考源，并使用不同温度下的黑体辐射亮温作为参考，将待修正的微波辐射计的放射面拆下，将接收机馈源口面对准黑体参考源进行观测和测量。在计算观测偏差过程中，需要利用黑体参考源上的多点测温装置，采用常温、降温和加温的方式，以尽量覆盖地基微波辐射计在海上观测的动态范围，测量黑体参考源的温度，并结合黑体参考源发射率，计算出黑体参考源的辐射亮温，进而计算出观测偏差。
但该获取地基微波辐射计观测偏差的方法，对于装配有天线系统的地基微波辐射计，需要满足远场观测条件，例如，需要至少几米的距离，以及，黑体参考源直径也需要达到几米，但由于现场观测中无法实现上述远场观测条件，因而，是接将馈源口面对准黑体参考源，没有校正天线系统的观测偏差，校正获取的是不含天线系统的地基微波辐射计，降低了获取的观测偏差的精度和效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置，以提高观测偏差的精度。
第一方面，本发明实施例提供了获取地基微波辐射计观测偏差的方法，包括：
启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；
针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；
获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；
基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；
求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述运行状态平稳为地基微波辐射计的接收机温度平稳，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳，包括：
确认安装好地基微波辐射计的天线反射面和接收机后，接通电源；
调整所述地基微波辐射计的伺服机构的观测角度到起始观测角度；
按照预设周期获取接收机的温度，若前后获取的接收机的温度的变化小于设置的温差阈值，确认地基微波辐射计的接收机温度平稳。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述运行状态平稳为地基微波辐射计的系统状态稳定，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳，包括：
获取环境温度；
按照预设周期获取接收机的温度，确定在预设的平稳时段阈值内，获取的接收机的温度变化不超过设置的平稳变化阈值、且接收机的温度高于所述环境温度，确认地基微波辐射计的系统状态稳定。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，包括：
从预设的测量轮次序列中，按照地面入射角从低至高的顺序选取测量轮次；
对于当前测量轮次，固定该当前测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，从最小方位角开始直至最大方位角，依序向下测量地面辐射亮温；
对于当前测量轮次的下一测量轮次，固定该下一测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，以所述当前轮次最后完成测量的方位角为起始测量方位角，依序遍历进行地面辐射亮温测量。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第三种可能的实施方式中的任一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理，包括：
在预先设置的偏差稳定时间阈值内，判断获取的海面温度的变化是否小于海温变化阈值、且海面气压的变化是否小于海压变化阈值：
若是，获取在所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温；
若否，针对所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温之外的数据，进行重新测量，直至重新测量得到的数据，在所述偏差稳定时间阈值内，对应获取的海面温度的变化小于海温变化阈值、且海面气压的变化小于海压变化阈值。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第三种可能的实施方式中的任一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程，包括：
针对每一测量轮次，依据海面发射率和观测数据之间的模型的函数关系，构建以该测量轮次的大气下行辐射亮温为因变量，地面辐射亮温、海面温度以及海面发射率为自变量的大气下行辐射亮温函数；
基于大气下行辐射亮温函数以及观测偏差，获取海面发射率函数；
依据观测测量时间内海面发射率不变，基于所述海面发射率函数，构建该测量轮次内不同方位角对应的海面发射率相等的方程，得到该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差，包括：
针对每一测量轮次，将该测量轮次对应的每一方位角数据分别代入所述方程组，得到相邻方位角数据对应的包含观测偏差的偏差方程；
计算所述偏差方程的误差平方，计算该测量轮次包含的各偏差方程的误差平方的和值，得到轮次误差；
基于测量轮次，获取辅助方程组的误差；
计算各测量轮次的轮次误差与辅助方程组的误差的总和值，获取使所述总和值最小的观测偏差，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
第二方面，本发明实施例还提供了一种获取地基微波辐射计观测偏差的装置，包括：
运行平稳确定模块，用于启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；
观测模块，用于针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；
有效性处理模块，用于获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；
方程构建模块，用于基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；
偏差求解模块，用于求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。
本发明实施例提供的获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置，通过启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。这样，通过对接收机温度以及环境温度的监控和分析，确定地基微波辐射计和环境处于平稳状态，利用平稳状态的地基微波辐射计在短时间内观测偏差不变的特点，通过不同方位角和地面入射角的观测构建方程组，从而解算出观测偏差，能够考虑天线系统的观测偏差，使得获取的观测偏差的精度高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的获取地基微波辐射计观测偏差的方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的获取地基微波辐射计观测偏差的装置结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种计算机设备300的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
现有获取地基微波辐射计观测偏差的方法，校正的是不含天线系统的地基微波辐射计，使得偏差校正链路不全，降低了偏差校正的精度和效果；进一步地，在海上对现场地基微波辐射计进行偏差校正时，需要通过灌入液氮冷却降温的方式得到低温的黑体参考源，作为低端参考，但在低温下，由于海上湿度较大，例如，能达到80％以上的相对湿度，会使得黑体参考源表面凝结水汽，从而形成一层水膜，使得未考虑该水膜发射率和温度，只利用黑体参考源自身发射率进行偏差修正，也会导致偏差修正精度降低；同时，加温黑体参考源时，也容易造成加热不均匀，使得黑体参考源的表面测温不准确，黑体参考源发射率测量准确性低，进而降低偏差修正的精度；进一步地，在进行偏差修正时，在地基微波辐射计的基础上，还需要两套黑体参考源系统，一套黑体参考源系统包括：高吸收率和均匀度的吸波材料、多点测温装置、均匀加热装置，用以产生常温和加温参考亮温，另一套黑体参考源系统需要配备液氮容器和液氮用于制冷，以产生低温参考亮温，需要多人协同，分别使用不同黑体参考源对地基微波辐射计校正，配套设备多且操作复杂，实施的复杂度较高，偏差修正的成本高。
本发明实施例中，考虑到对海观测的地基微波辐射计在海面进行海面目标观测时，其观测偏差是时变的，主要受地基微波辐射计本身器件的老化，以及观测环境气温和气压变化的影响，因此，需要在测量海面目标前，准确修正偏差，使得测量目标得到的测量数据可用。因而，本发明实施例提供的对地基微波辐射计的海上观测偏差进行修正的方法，基于地基微波辐射计在海上测量海面目标时，由于测量时间较短，在短时间内，海面气温和气压等环境参数变化较小，因此，这些环境参数对地基微波辐射计的观测偏差的改变，在短时间内认为是固定的，因而，在该测量的短时内，地基微波辐射计的观测偏差不变，同时，地基微波辐射计一旦开机稳定后，也不会发生电子器件的明显衰变老化，因此，在开机稳定后的时间段内，地基微波辐射计的观测偏差可以确定不变。因而，基于上述考虑和分析，通过不同观测角度进行测量得到的冗余测量数据，建立超定方程组，通过超定方程组准确解算出地基微波辐射在测量时段内的观测偏差，从而提升偏差修正精度。
本发明实施例提供了一种获取地基微波辐射计观测偏差的方法及装置，下面通过实施例进行描述。
图1示出了本发明实施例所提供的获取地基微波辐射计观测偏差的方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：
步骤101，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；
本发明实施例中，作为一可选实施例，运行状态平稳包括：地基微波辐射计的接收机温度平稳和地基微波辐射计的系统状态稳定。
本发明实施例中，作为一可选实施例，将地基微波辐射计开机半小时以上，能够使得接收机温度平稳、系统状态稳定。
本发明实施例中，地基微波辐射计在进行观测和测量时，其测量基准容易发生漂移，产生观测偏差，地基微波辐射计的系统稳定度主要受到环境温度和气压的影响，还受到器件老化的影响，导致观测偏差发生变化，为了精确修正其观测偏差，本发明实施例中，首先需要确定在地基微波辐射计的测量时段内，观测偏差不会产生变化，这样，在该测量时段内进行观测，可有效降低观测偏差扰动对观测数据的影响。因而，需要对地基微波辐射计进行热机，保证地基微波辐射计的运行状态平稳后再开始测量，此时能够使得观测偏差稳定。
本发明实施例中，作为一可选实施例，运行状态平稳为地基微波辐射计的接收机温度平稳，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳，包括：
确认安装好地基微波辐射计的天线反射面和接收机后，接通电源；
调整所述地基微波辐射计的伺服机构的观测角度到起始观测角度；
按照预设周期获取接收机的温度，若前后获取的接收机的温度的变化小于设置的温差阈值，确认地基微波辐射计的接收机温度平稳。
本发明实施例中，安装好地基微波辐射计的天线反射面和接收机以后，打开设备电源，调整地基微波辐射计伺服机构的观测角度到起始观测角度，观测角度包括方位角和入射角。预先分别设置方位角和入射角的范围，作为一可选实施例，起始观测角度的起始入射角选择在入射角范围内的最低角度，起始方位角选择在方位角范围内的最小角度。
本发明实施例中，作为一可选实施例，在热机半小时以上后，周期性获取接收机的温度，根据接收机温度判断是否热机完成，若接收机温度平稳，表明热机完成。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，运行状态平稳为地基微波辐射计的系统状态稳定，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳，包括：
获取环境温度；
按照预设周期获取接收机的温度，确定在预设的平稳时段阈值内，获取的接收机的温度变化不超过设置的平稳变化阈值、且接收机的温度高于所述环境温度，确认地基微波辐射计的系统状态稳定。
本发明实施例中，在热机过程中，根据遥测得到的接收机温度判断热机是否完成，当热机完成时，接收机内部温控措施(一般是加温)基本稳定，因此接收机温度趋于稳定。作为一可选实施例，平稳时段阈值设置为10分钟、平稳变化阈值设置为0.1℃，即接收机温度在10分钟内变化不超过0.1℃、且接收机温度高于环境气温，即满足下式：
ΔTR10min＜0.1℃，且，
TR＞TAir
式中，
ΔTR10min为接收机温度在10分钟内的温度变化值；
TR为接收机温度；
TAir为环境气温。
本发明实施例中，如果系统经过判断仍旧没有达到稳定状态，需重新进行热机，以使系统的运行状态平稳，如果热机后确定系统的运行状态平稳，则可以进行地基微波辐射计的多角度观测测量。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，还可以考虑环境湿度对稳定状态的影响。
步骤102，针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；
本发明实施例中，作为一可选实施例，针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，包括：
从预设的测量轮次序列中，按照地面入射角从低至高的顺序选取测量轮次；
针对每一测量轮次的地面入射角，固定该地面入射角，利用所述地基微波辐射计，从最小方位角开始直至最大方位角，依序向下测量地面辐射亮温。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，包括：
从预设的测量轮次序列中，按照地面入射角从低至高的顺序选取测量轮次；
对于当前测量轮次，固定该当前测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，从最小方位角开始直至最大方位角，依序向下测量地面辐射亮温；
对于当前测量轮次的下一测量轮次，固定该下一测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，以所述当前轮次最后完成测量的方位角为起始测量方位角，依序遍历进行地面辐射亮温测量。
本发明实施例中，对于下一测量轮次，以当前轮次最后完成测量的方位角为起始测量方位角，在节约观测时间，快速完成海面和大气现场亮温观测的同时，还能提升方法的可靠性。在地基微波辐射计热机后，运行状态平稳时的角度状态(起始观测角度)，地面入射角为地面入射最低角θ1，方位角为最小方位角
Figure BDA0003697204060000121
本发明实施例中，作为一可选实施例，前后相邻的地面入射角的差值为第一常数，前后相邻的方位角的差值为第二常数。作为另一可选实施例，前后相邻的地面入射角的差值、以及，前后相邻的方位角的差值也可以不为常数。其中，第一常数可以与第二常数相等，也可以不等。
本发明实施例中，作为一可选实施例，第一常数与第二常数相等，第一常数为20°。
本发明实施例中，一测量轮次对应一地面入射角，对于一测量轮次，固定该测量轮次的地面入射角，对海面进行观测测量，从最小方位角开始观测测量到最大方位角，即在
Figure BDA0003697204060000122
进行观测测量，方位角的步进角度设置为20°，对于每一方位角，观测测量时间为1分钟，取1分钟内的观测测量平均值为该地面入射角和方位角的下行观测数据(地面辐射亮温)。
本发明实施例中，为了产生分布更为宽广的测量亮温，步进角度可以设置为较大值。
在该测量轮次的观测测量完毕后，进入下一测量轮次的观测测量，即将地面入射角抬高20°为θ2。优选地，以上一测量轮次测量完成后的方位角为起始测量方位角，例如，上一测量轮次方位角的测量顺序为从小至大，则当前测量轮次方位角的测量顺序为从大至小。本发明实施例中，从最大方位角开始观测到最小方位角，即依据
Figure BDA0003697204060000123
进行观测测量，同样地，步进角度为20°，每一方位角观测1分钟，取1分钟内的观测平均值。重复上述步骤，直至完成对海面的所有地面入射角和方位角的观测测量
Figure BDA0003697204060000131
本发明实施例中，对于利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温(对空观测)，与利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，得到下行观测数据的流程相同，从而基于方位角和与地面入射角相同的天顶角对，完成对空间的所有入射角和方位角观测
Figure BDA0003697204060000132
控制整个观测测量过程不超过半个小时。
在完成观测测量后，形成地面辐射亮温(数据集)
Figure BDA0003697204060000133
和大气下行辐射亮温(数据集)
Figure BDA0003697204060000134
步骤103，获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；
本发明实施例中，作为一可选实施例，利用温盐深(CTD，Conductance-Temperature-Depth)测量仪在依据测量轮次进行观测测量时，测量海面温度以及海面气压，依据海面温度以及海面气压，进行观测偏差稳定性判断，以获取满足偏差稳定性的测量数据。进一步地，还可以依据海面湿度进行观测偏差稳定性判断。
本发明实施例中，作为一可选实施例，获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理，包括：
在预先设置的偏差稳定时间阈值内，判断获取的海面温度的变化是否小于海温变化阈值、且海面气压的变化是否小于海压变化阈值：
若是，获取在所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温；
若否，针对所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温之外的数据，进行重新测量，直至重新测量得到的数据，在所述偏差稳定时间阈值内，对应获取的海面温度的变化小于海温变化阈值、且海面气压的变化小于海压变化阈值。
本发明实施例中，在进行观测测量时，环境参数，例如，海面温度以及海面气压的变化，会影响测量结果的变化，因而，需要在海面温度和海面气压变化较为稳定的情形下进行多角度观测测量，即需要根据观测测量时的环境参数，判断观测测量是否有效，如果环境气温(海面温度)和气压(海面气压)在观测测量期间稳定，则可以达到地基微波辐射计在观测测量期间的偏差稳定。
本发明实施例中，作为一可选实施例，偏差稳定时间阈值设置为10分钟，海温变化阈值设置为1℃，海压变化阈值设置为一百帕(hPa)。海面温度的变化以及海面气压的变化需要满足下式：
ΔTAir10min＜1℃
ΔPAir10min＜1hPa
式中，
ΔTAir10min为10分钟内海面温度的变化；
ΔPAir10min为10分钟内海面气压的变化。
本发明实施例中，如果海面温度的变化以及海面气压的变化不满足设置的条件，即进行观测测量时，观测偏差未处于稳定状态，需要重新进行观测测量。
步骤104，基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；
本发明实施例中，利用现场微波辐射计观测测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温、模型以及海面温度，建立超定方程组。
本发明实施例中，作为一可选实施例，基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程，包括：
针对每一测量轮次，依据海面发射率和观测数据之间的模型的函数关系，构建以该测量轮次的大气下行辐射亮温为因变量，地面辐射亮温、海面温度以及海面发射率为自变量的大气下行辐射亮温函数；
基于大气下行辐射亮温函数以及观测偏差，获取海面发射率函数；
依据观测测量时间内海面发射率不变，基于所述海面发射率函数，构建该测量轮次内不同方位角对应的海面发射率相等的方程，得到该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组。
本发明实施例中，在相同的地面入射角下，对于方位角，地基微波辐射计进行向上观测测量时，观测测量到的是大气的下行辐射数据，即地面辐射亮温
Figure BDA0003697204060000151
向下观测测量时，观测测量到的大气下行辐射亮温是经过海面反射后的辐射能量，叠加海面发射的辐射能量，作为一可选实施例，利用下式计算大气下行辐射亮温：
Figure BDA0003697204060000152
其中，
e是海面发射率；
海面温度是TS；
e×TS表示为海面辐射亮温。
对上式进行变换，可以得到海面发射率函数为：
Figure BDA0003697204060000153
考虑此时的观测测量存在观测偏差Δ，则海面发射率函数为：
Figure BDA0003697204060000161
即：
Figure BDA0003697204060000162
本发明实施例中，由于观测测量时间较短，短时间内，观测偏差Δ可以认为不会发生变化，同时，在地面入射角不变的情况下，海面发射率e也不存在变化，而在方位角变化时，TBD和TBU会随之发生改变，因而，可以针对每一测量轮次的方位角变化，建立包含第一方位角、第二方位角、海面发射率的方程。其中，优选地，第一方位角与第二方位角为相邻方位角，建立的方程如下：
Figure BDA0003697204060000163
这样，在相同的地面入射角θ1下，根据不同的方位角测量数据，可以建立用于计算观测偏差Δ的超定方程组：
Figure BDA0003697204060000164
本发明实施例中，为了进一步提升观测偏差Λ的计算精度，作为另一可选实施例，还可以包括：
利用对空观测时，大气的水平(H)亮温和垂直极化(V)亮温相等的特点，建立辅助方程组。
本发明实施例中，构建的辅助方程组如下：
Figure BDA0003697204060000165
步骤105，求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
本发明实施例中，作为一可选实施例，求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差，包括：
针对每一测量轮次，将该测量轮次对应的每一方位角数据分别代入所述方程组，得到相邻方位角数据对应的包含观测偏差的偏差方程；
计算所述偏差方程的误差平方，计算该测量轮次包含的各偏差方程的误差平方的和值，得到该测量轮次的误差；
计算各测量轮次的误差的总和值，获取使所述总和值最小的观测偏差，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差，包括：
针对每一测量轮次，将该测量轮次对应的每一方位角数据分别代入所述方程组，得到相邻方位角数据对应的包含观测偏差的偏差方程；
计算所述偏差方程的误差平方，计算该测量轮次包含的各偏差方程的误差平方的和值，得到轮次误差；
基于测量轮次，获取辅助方程组的误差；
计算各测量轮次的轮次误差与辅助方程组的误差的总和值，获取使所述总和值最小的观测偏差，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
本发明实施例中，对超定方程组进行迭代计算，例如，使用最小二乘准则求出使得误差的平方和最小的Δ，该值即为观测偏差：
Figure BDA0003697204060000171
本发明实施例中，可以基于一地面入射角对应的超定方程组进行求解，也可以基于不同地面入射角对应的超定方程组进行共同求解，以提高计算的精度。
本发明实施例中，通过对接收机温度以及环境温度的监控和分析，确定地基微波辐射计和环境处于平稳状态，利用平稳状态的地基微波辐射计在短时间内观测偏差不变的特点，通过固定方位角和地面入射角，使用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，然后采用相同的方位角和同地面入射角相同的天顶角向上观测大气下行辐射亮温，遍历所有方位角和地面入射角，得到多组不同方位角和地面入射角的观测数据(地面辐射亮温和大气下行辐射亮温)后，通过海面发射率和观测数据之间的模型，建立多个包含海面发射率和观测数据的方程组，通过解算方程组的未知数，求得地基微波辐射计的观测偏差。这样，基于短时间内观测偏差不变的特点，通过不同方位角和地面入射角的观测，解算出观测偏差，无需使用黑体参考源，因而，对于装配有天线系统的地基微波辐射计，无需满足远场观测条件，不采用降温和加温的方式，同时，通过不同方位角和地面入射角的观测，综合考虑了天线系统的观测偏差，能够有效提升获取的观测偏差的精度和效果，使得地基微波辐射计的海面亮温的观测偏差精度高。具体来说：
(1)本发明实施例的方法能够实现对海和对空观测，无需现场拆卸天线反射面以进行观测偏差修正，可以完整地校正含天线发射面的整个辐射计系统，满足远场观测条件，大大提高了观测偏差的精度和效果。
(2)本发明实施例的方法，无需使用液氮冷却装置，克服了液氮冷却黑体参考源表面产生冷凝水膜后，黑体发射率测量不准的问题，同时，也克服了加热不均匀导致黑体发射率测量不准的问题，能够大大提升获取的观测偏差的精度。
(3)本发明实施例的方法，基于现场微波辐射计观测偏差的产生和变化特点，无需使用多个黑体参考源和配套的液氮降温装置，无需多人协助完成，只需设置自动观测配置方案后，便可以定期自动完成，大大节省了人力和物力，有效降低了实施的难度，并缩短了实施的时间。
图2示出了本发明实施例所提供的获取地基微波辐射计观测偏差的装置结构示意图。如图2所示，该装置包括：
运行平稳确定模块201，用于启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；
本发明实施例中，作为一可选实施例，平稳时段阈值设置为10分钟、平稳变化阈值设置为0.1℃。
本发明实施例中，作为一可选实施例，运行状态平稳包括：地基微波辐射计的接收机温度平稳，运行平稳确定模块201包括：
启动单元(图中未示出)，用于确认安装好地基微波辐射计的天线反射面和接收机后，接通电源；
初始化单元，用于调整所述地基微波辐射计的伺服机构的观测角度到起始观测角度；
平稳确定单元，用于按照预设周期获取接收机的温度，若前后获取的接收机的温度的变化小于设置的温差阈值，确认地基微波辐射计的接收机温度平稳。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，运行状态平稳包括：地基微波辐射计的系统状态稳定，运行平稳确定模块201包括：
环境温度监测单元，用于获取环境温度；
状态监测单元，用于按照预设周期获取接收机的温度，确定在预设的平稳时段阈值内，获取的接收机的温度变化不超过设置的平稳变化阈值、且接收机的温度高于所述环境温度，确认地基微波辐射计的系统状态稳定。
观测模块202，用于针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；
本发明实施例中，作为一可选实施例，观测模块202包括：
入射角选取单元(图中未示出)，用于从预设的测量轮次序列中，按照地面入射角从低至高的顺序选取测量轮次；
第一测量单元，用于对于当前测量轮次，固定该当前测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，从最小方位角开始直至最大方位角，依序向下测量地面辐射亮温；
第二测量单元，用于对于当前测量轮次的下一测量轮次，固定该下一测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，以所述当前轮次最后完成测量的方位角为起始测量方位角，依序遍历进行地面辐射亮温测量。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，观测模块202包括：
轮次选取单元，用于从预设的测量轮次序列中，按照地面入射角从低至高的顺序选取测量轮次；
第三测量单元，用于针对每一测量轮次的地面入射角，固定该地面入射角，利用所述地基微波辐射计，从最小方位角开始直至最大方位角，依序向下测量地面辐射亮温。
有效性处理模块203，用于获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；
本发明实施例中，作为一可选实施例，有效性处理模块203包括：
变化处理单元(图中未示出)，用于在预先设置的偏差稳定时间阈值内，判断获取的海面温度的变化是否小于海温变化阈值、且海面气压的变化是否小于海压变化阈值：
本发明实施例中，作为一可选实施例，偏差稳定时间阈值设置为10分钟，海温变化阈值设置为1℃，海压变化阈值设置为一百帕(hPa)。
有效数据提取单元，若是，获取在所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温；
重新测量单元，若否，针对所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温之外的数据，进行重新测量，直至重新测量得到的数据，在所述偏差稳定时间阈值内，对应获取的海面温度的变化小于海温变化阈值、且海面气压的变化小于海压变化阈值。
方程构建模块204，用于基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；
本发明实施例中，作为一可选实施例，方程构建模块204包括：
亮温函数构建单元(图中未示出)，用于针对每一测量轮次，依据海面发射率和观测数据之间的模型的函数关系，构建以该测量轮次的大气下行辐射亮温为因变量，地面辐射亮温、海面温度以及海面发射率为自变量的大气下行辐射亮温函数；
海面发射率函数构建单元，用于基于大气下行辐射亮温函数以及观测偏差，获取海面发射率函数；
方程组构建单元，用于依据观测测量时间内海面发射率不变，基于所述海面发射率函数，构建该测量轮次内不同方位角对应的海面发射率相等的方程，得到该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，方程构建模块204还包括：
辅助方程组构建单元，用于利用对空观测时，大气的水平(H)亮温和垂直极化(V)亮温相等的特点，建立辅助方程组。
偏差求解模块205，用于求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
本发明实施例中，作为一可选实施例，偏差求解模块205包括：
偏差方程获取单元(图中未示出)，用于针对每一测量轮次，将该测量轮次对应的每一方位角数据分别代入所述方程组，得到相邻方位角数据对应的包含观测偏差的偏差方程；
轮次误差获取单元，用于计算所述偏差方程的误差平方，计算该测量轮次包含的各偏差方程的误差平方的和值，得到轮次误差；
辅助误差获取单元，用于基于测量轮次，获取辅助方程组的误差；
观测偏差获取单元，用于计算各测量轮次的轮次误差与辅助方程组的误差的总和值，获取使所述总和值最小的观测偏差，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
本发明实施例中，作为另一可选实施例，偏差求解模块205包括：
偏差方程构建单元，用于针对每一测量轮次，将该测量轮次对应的每一方位角数据分别代入所述方程组，得到相邻方位角数据对应的包含观测偏差的偏差方程；
轮次误差计算单元，用于计算所述偏差方程的误差平方，计算该测量轮次包含的各偏差方程的误差平方的和值，得到该测量轮次的误差；
观测偏差计算单元，用于计算各测量轮次的误差的总和值，获取使所述总和值最小的观测偏差，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
如图3所示，本申请一实施例提供了一种计算机设备300，用于执行图1中的获取地基微波辐射计观测偏差的方法，该设备包括存储器301、与存储器301通过总线相连的处理器302及存储在该存储器301上并可在该处理器302上运行的计算机程序，其中，上述处理器302执行上述计算机程序时实现上述获取地基微波辐射计观测偏差的方法的步骤。
具体地，上述存储器301和处理器302能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器302运行存储器301存储的计算机程序时，能够执行上述获取地基微波辐射计观测偏差的方法。
对应于图1中的获取地基微波辐射计观测偏差的方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述获取地基微波辐射计观测偏差的方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述获取地基微波辐射计观测偏差的方法。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种获取地基微波辐射计观测偏差的方法，其特征在于，包括：
启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；
针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；
获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；
基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；
求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行状态平稳为地基微波辐射计的接收机温度平稳，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳，包括：
确认安装好地基微波辐射计的天线反射面和接收机后，接通电源；
调整所述地基微波辐射计的伺服机构的观测角度到起始观测角度；
按照预设周期获取接收机的温度，若前后获取的接收机的温度的变化小于设置的温差阈值，确认地基微波辐射计的接收机温度平稳。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行状态平稳为地基微波辐射计的系统状态稳定，启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳，包括：
获取环境温度；
按照预设周期获取接收机的温度，确定在预设的平稳时段阈值内，获取的接收机的温度变化不超过设置的平稳变化阈值、且接收机的温度高于所述环境温度，确认地基微波辐射计的系统状态稳定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，包括：
从预设的测量轮次序列中，按照地面入射角从低至高的顺序选取测量轮次；
对于当前测量轮次，固定该当前测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，从最小方位角开始直至最大方位角，依序向下测量地面辐射亮温；
对于当前测量轮次的下一测量轮次，固定该下一测量轮次的地面入射角，利用所述地基微波辐射计，以所述当前轮次最后完成测量的方位角为起始测量方位角，依序遍历进行地面辐射亮温测量。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理，包括：
在预先设置的偏差稳定时间阈值内，判断获取的海面温度的变化是否小于海温变化阈值、且海面气压的变化是否小于海压变化阈值：
若是，获取在所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温；
若否，针对所述偏差稳定时间阈值内测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温之外的数据，进行重新测量，直至重新测量得到的数据，在所述偏差稳定时间阈值内，对应获取的海面温度的变化小于海温变化阈值、且海面气压的变化小于海压变化阈值。
6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程，包括：
针对每一测量轮次，依据海面发射率和观测数据之间的模型的函数关系，构建以该测量轮次的大气下行辐射亮温为因变量，地面辐射亮温、海面温度以及海面发射率为自变量的大气下行辐射亮温函数；
基于大气下行辐射亮温函数以及观测偏差，获取海面发射率函数；
依据观测测量时间内海面发射率不变，基于所述海面发射率函数，构建该测量轮次内不同方位角对应的海面发射率相等的方程，得到该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差，包括：
针对每一测量轮次，将该测量轮次对应的每一方位角数据分别代入所述方程组，得到相邻方位角数据对应的包含观测偏差的偏差方程；
计算所述偏差方程的误差平方，计算该测量轮次包含的各偏差方程的误差平方的和值，得到轮次误差；
基于测量轮次，获取辅助方程组的误差；
计算各测量轮次的轮次误差与辅助方程组的误差的总和值，获取使所述总和值最小的观测偏差，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
8.一种获取地基微波辐射计观测偏差的装置，其特征在于，包括：
运行平稳确定模块，用于启动地基微波辐射计，确认地基微波辐射计的运行状态平稳；
观测模块，用于针对每一预设的测量轮次，基于该测量轮次对应的方位角和地面入射角对，利用地基微波辐射计向下测量地面辐射亮温，以及，基于该测量轮次对应的所述方位角和与所述地面入射角相同的天顶角对，利用地基微波辐射计向上观测大气下行辐射亮温；
有效性处理模块，用于获取海面温度以及海面气压，依据海面温度和海面气压，对测量得到的地面辐射亮温和大气下行辐射亮温进行有效处理；
方程构建模块，用于基于每一测量轮次有效处理的观测数据，利用预先构建的海面发射率和观测数据之间的模型，建立该测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，所述观测数据包括：地面辐射亮温、大气下行辐射亮温以及海面温度；
偏差求解模块，用于求解由每一测量轮次的包含海面发射率和观测数据的方程组，得到所述地基微波辐射计的观测偏差。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至7任一所述的获取地基微波辐射计观测偏差的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的获取地基微波辐射计观测偏差的方法的步骤。
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