[发明专利]一种地基微波辐射计的非线性定标方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种定标装置及其方法，特别涉及一种地基微波毫米波辐射计的非线性定标方法及装置。

背景技术

微波辐射计是一种被动式的微波遥感器，能穿透云层和雨区，并能穿透一定深度的地表或植被获取被植被覆盖的地面信息以及地表下一定深度目标的信息，用于全天时、全天候地观测全球大气温度和湿度、水汽含量、降雨量等空间气象资料，以及地质与资源调查、海洋环境与海况检测、灾害性天气预报与检测等，在大气探测及海洋观测中具有重要作用。从大的方面来说，微波辐射计主要应用于大气微波遥感、海洋微波遥感和陆地微波遥感；以具体内容来看，微波辐射计主要应用于气象、农林、地质、海洋环境监测和军事侦察等方面，目前还用于天文、医疗和导弹的末制导等方面。

地基大气廓线微波探测仪作为微波辐射计的一种，与其他类型相比，具有功耗低、体积小、质量轻和工作稳定，维护成本低，运行可靠等特点，是一种成熟可靠的探测大气温度、湿度廓线的业务数据服务手段。优点其一是弥补了星载微波辐射计在低空垂直分辨率差，尤其是云的遮挡和强吸收以及大气对毫米波波段电磁的不透明性。优点其二是对云中液态水的灵敏度较高，在陆地上空，是目前最准确成本最低的垂直液态水通量测量的手段。

定标技术是微波辐射计设计中的一项关键技术。由于辐射计的工作环境特殊，不同类型和不同用途的微波辐射计采取不同的定标方式。对于星载微波辐射计，通常采用在轨高低、温两点定标，结合发射前热真空定标试验确定的系统非线性特征进行修正，高温参考源为星载吸收黑体，低温参考源为宇宙冷空背景的微波辐射。地基微波辐射计的定标与星载微波辐射计定标具有相同的思路，但由于大气衰减的影响，在地面没有宇宙冷空背景可以利用，所以高温参考源为内定标单元的噪声输入，低温参考源为探测仪内置的定标黑体。由于这两个参考源的亮度温度要高于探测目标的亮度温度，因此产品出厂前确定系统的非线性特性是非常关键的工作。

目前对地基微波辐射计定标普遍使用的是理想情况下的高低温两点线性定标法。低端定标源是参考负载温度，另一个定标源是参考负载加上耦合进来噪声源温度的和作为高温定标源。接收机的输入端通过开关周期地在天线单元和定标单元之间切换就可以获得实时定标曲线。理想的辐射计接收机是一个线性系统，但由于检波二极管的功率非线性特征造成的非线性误差是不可以忽略的，往往达到1K量级。利用两个定标源(T_low和T_high)的输出电压(V_low和V_high)来计算定标方程的时候，给出的方程是一条理想直线，而实际的辐射计响应一条通过已知点的曲线，那么对于观测时输出电压V_mea，所对应的真实温度T_mea就可能出现较大误差。图1是理想的基于地基微波辐射计的两点高低温定标示意图，即目前普遍使用的地基微波辐射计定标方法。如图1所示，普遍使用的地基微波辐射计定标方法认为地基微波辐射计是理想的线性系统，微波辐射计的定标方式主要采用内部的两个定标源的实时定标实现，从而通过高低温两点定标法确定系统的线性度。

图2是理想的基于地基微波辐射计线性系统两点定标的原理示意图。如图2所示，微波辐射计的定标方式主要采用内部的两个定标源的实时定标实现的。低端定标源是参考负载温度，另一个定标源是参考负载加上耦合进来噪声源温度的和。接收机的输入端通过开关周期地在天线单元和定标单元之间切换就可以获得实时定标曲线。理想的辐射计接收机是一个线性系统，但由于检波二极管的功率非线性特征造成的非线性误差是不可以忽略的，往往达到1K量级。利用两个定标源(T_low和T_high)的输出电压(V_low和V_high)来计算定标方程的时候，给出的方程是所示“Idealcurve”，是一条理想直线，而实际的辐射计响应可能是“Real curve”，那么对于观测时输出电压V_mea,所对应的真实温度T_mea就可能出现较大误差。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服上述多通道地基微波辐射计系统装置在出厂前不能确定由于检波二极管造成的系统的非线性特性的问题，从而提出一种用于微波辐射计的定标方法和装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种地基微波辐射计的非线性定标方法，该方法为针对一种噪声注入多点测量的非线性内定标法，所述内定标方法，具体步骤如下：

1)出厂前确定系统的非线性因子，具体步骤如下：