[实用新型]采用干涉式孔径综合技术的大气温度探测仪的外定标装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种星载微波辐射计的外定标技术，尤其涉及一种用于采用干涉式孔径综合技术的圆环阵列型地球同步轨道毫米波大气温度探测仪的外定标装置。

背景技术

目前作为国际研究热点的地球同步轨道毫米波大气温度探测仪是一种采用干涉式孔径综合技术的高灵敏星载微波辐射计。静止轨道气象卫星飞行高度很高，通常在35860公里，因此静止轨道探测仪要获得足够的空间分辨率，必须加大天线尺寸。干涉式孔径综合成像技术是用稀疏的多个小口径单元天线等效成大口面天线解决了大口面、高精度毫米波天线制造、在轨机械扫描以及形变等问题。

这种干涉式综合孔径微波辐射计可以采用圆环阵列旋转扫描分时采样方案设计方案。22个单元天线分布在直径为2.5～3米圆环上，匀速旋转分时采样。该探测仪的单元天线、毫米波前端分布在圆环直径上；公共噪声源与本振单元位于圆环中心；电源单元、高速数字处理单元、通讯与系统控制单元安装在圆环背面；扫描机构安装在舱内，与卫星舱板紧固连接；扫描机构输出轴带动圆环扫描。

这种地球同步轨道毫米波大气温度探测仪能够对目标亮温分布进行成像，其成像原理简单说就是将天线阵列中任两根天线接收信号之间进行相关运算，获得目标图像的对应这对天线组(称为基线)的空间频率数据，经过优化设计的稀疏天线阵列能够获得足够量的基线组合进行目标图像空间频率尽量完整覆盖的测量数据，进而使用成像反演算法重建目标的亮温图像。

另外，干涉式孔径综合技术能够突破传统微波辐射计分辨率低的瓶颈，但是也使得系统本身的复杂度大大增加。系统的复杂度也同时增加了系统定标的难度。遥感仪器都需要定标来精确地修正仪器结构自身的误差，确定仪器输出与目标真实输入之间的关系，实现仪器输出数据定量化，满足应用需求。为了配合定标，在探测仪内部设置了一个公共噪声源作为相干噪声源提供内校准信号用于输出可视度函数参数的校准；每个接收通道设置一个匹配负载作为非相干噪声源用于校准接收通道耦合引起的系统偏置。这些内部定标源可以完成探测仪相关器输出值的相位值校正，但是完成不了仪器的输出幅度绝对大小的定标。解决这个问题的一个思路是再设置一个不同温度公共噪声源，通过设置复杂的步骤和算法也可以完成仪器的输出幅度绝对大小的定标，但是这种方法的缺点是：它不计入天线端参数的影响且步骤复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于采用干涉式孔径综合技术的圆环阵列型地球同步轨道大气温度探测仪的外定标装置。是根据探测仪天线阵列的特点设计的一种外定标结构作为综合孔径微波辐射计单通道全功率定标装置，能够直接完成幅度绝对量的定标，结合相位校正，进而得到整个设备的定标。其充分应用圆环排布天线阵列旋转的特点，这种外定标装置只需要两个不同温度外定标源(定标黑体温度和冷空背景温度)就可以确定阵列中所有天线和接收机通道的系统响应。利用该装置可以实时标定出系统输出的的绝对量，定标精度高，并提供可靠的噪声温度标准。通过定期定标不仅可以掌握探测仪的系统工作状态并且能够找出输出数据与输入信号的对应关系。

为了实现上述目的，本实用新型的采用干涉式孔径综合技术的地球同步轨道大气温度探测仪的外定标装置，包括：安装杆、安装在所述安装杆的一端且频率与探测仪相匹配的定标辐射源、以及安装在所述安装杆的另一端的冷空反射镜。

该外定标装置安装在地球同步轨道大气温度探测仪圆环天线阵列的直径上，所述定标辐射源作为一个已知高温源辐射进入探测仪天线，所述冷空反射镜用于将冷空背景温度反射进入探测仪天线主波束内作为一个已知低温源。

该外定标装置在轨每隔一定时间进行一次定标数据获取，为了不影响天线观测地面目标，将探测仪在轨工作流程就分成观测模式和定标模式两种。在观测模式下，所述定标辐射源与冷空反射镜转离天线视场，不影响天线观测目标亮温，此时探测仪对进入天线的地物目标信号进行测量，相应输出每个接收机的全功率测量值以及地物归一化相关值；在定标模式下，所述定标辐射源与冷空反射镜转入天线视场，接收开关打到天线端口，随着阵列旋转，每个天线单元逐个扫描一遍定标辐射源以及冷空反射镜反射进入天线的冷空背景温度来获取定标数据，此时，探测仪通过接收两个已知定标源的辐射温度的输出值计算全功率接收定标参数，然后，接收开关再打到内部公共噪声源温度，通过输出值计算其他定标参数；最后，利用观测模式下所获得的输出电压以及在定标模式下所获得的各定标参数计算得到最终的可视度函数。