[发明专利]一种地基微波辐射计自然变温智能定标系统

说明书

技术领域

本发明属于微波遥感、微波制导及精密测量领域，具体涉及一种地基微波辐射计自然变温智能定标系统。

背景技术

微波辐射计是一种可以测量物体微波辐射能量的高灵敏度接收机，具有全天候全天时的工作能力，而且设备简单、易于集成、隐蔽性好，所以在遥感、制导、精密测量等领域中的应用日益广泛。但是微波辐射计在实际工作中存在的一个主要问题是缺乏有效的定标设备和定标方法。

微波辐射计的定标是指建立辐射计输出参数(通常为电压)与输入信号(通常指天线功率或天线温度)之间的关系，以及对辐射计特性参数的测量。它实际上包括定标理论、方法、设备(包括材料)和精度分析这四大问题。

大多数微波辐射计的用户都需要对被测对象进行长期连续的观测。而受器件和工艺的限制，即使是最理想的零平衡微波辐射计，也无法保证长期稳定的工作，最好的解决方案是采用周期定标技术。目前采用的以下几种定标技术，都还有一些需要解决的问题。

①接收机和天线分开定标法

第一步：接收机定标：建立辐射计接收机的输出指示V_out与接收机输入端噪声温度T_in的关系。如果不考虑定标噪声源与接收机之间的阻抗失配和损耗，则接收机输入端噪声温度T_in等于噪声源的噪声温度T_G。如果接收机是线性的，则可设V_out＝a(T_in+b)。采用两点定标的办法，将辐射计接收机的天线用输出噪声温度精确已知的高低温定标噪声源代替，即可确定a和b，从而可确定定标方程。如果考虑失配和损耗，则Ulaby给出了T_in和T_G严格计算方法(参考文献：F.T.Ulaby，R.K.Moore，A.K.Fung.MicrowaveRemote Sensing.Vol.1：Addison-Wesley Publishing Company，1981.)。

第二步：天线定标：建立起天线输出噪声温度T_A与天线接收的物体辐射功率即天线温度T_A之间的关系T_A＝f(T_A)。

这种接收机和天线分开的定标方法，存在以下问题：首先，在接收机定标过程中，若不考虑失配，则定标精度不高。若考虑失配，则计算十分复杂，精度分析也很困难。其次，在天线效率η₁的天线斗测量技术中，不仅需要大型设备和良好的测试环境，还要求知道当时的天空温度T_sky，这也是十分困难的。

②辐射计整机定标法

1973年，美国学者哈迪首先提出了一种辐射计整机的定标方法，他的具体方案如下(参考文献：Walter N.Hardy，Kenneth W.Gray，A.W.Love.AnS-Band Radiometer Design with High Absolute Precision.IEEE Trans.MTT-22，Apr.1974；Walter N.Hardy.Precision Temperature Reference for MicrowaveRadiometry.IEEE Trans.MTT-21，Mar.1973：149～150.)：将辐射计的天线置于定标负载的上面，该定标负载为一个装有吸收材料(黑体)的金属盒，金属盒外包一层聚苯乙烯泡沫绝热层，吸收体上装有聚苯酯泡沫材料做成的保护罩。当定标负载处于室温T₀下时，可近似认为此时的天线温度T_A＝T₀，读辐射计输出为V_out^h；当定标负载处于液氮浸泡下，液氮温度为T_N时，可近似认为此时的天线温度T_A＝T_N，读辐射计输出为V_out^c。如果仍然认为辐射计是线性的，则有如下方程：