[发明专利]一种全极化微波辐射计变温源装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波辐射计定标技术领域，尤其涉及一种全极化微波辐射计变温源装置。

背景技术

微波(包括毫米波和亚毫米波)辐射计是一种被动式的微波遥感器，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，以及海洋表面温度、海洋风场、土壤湿度等信息，其在大气探测及海洋观测中具有重要作用。

全极化微波辐射计是一种新型的被动式微波遥感器，它能够一次测量目标的4个Stokes参量，是对目标特征提取的又一有力手段。传统的微波辐射计外定标方法都是采用两点定标，但是全极化微波辐射计中的T3、T4通道不同于传统的两点定标，因为其中包含了线极化和圆极化信息。传统的两点定标法不能产生已知的线极化信息和圆极化信息，所以不能满足全极化微波辐射计的外定标要求。并且传统的微波辐射计变温源由定标体和温控装置组成，通过控制定标体物理温度来达到变温输出的目的。这种方式的缺点是定标体从一个温度到另外一个温度调节时间长，一般需要30分钟～60分钟，温度不好控制。尤其是在热真空环境下，有时需要调节几个小时才能够使定标体温度稳定和均匀。

在全极化辐射计定标研究领域，国外起步较早，已经出现的全极化微波辐射计定标源原理图如图1所示。其原理为：先通过处于环境温度的黑体和液氮冷却的黑体产生非极化信号,非极化信号通过极化分裂格网产生线极化信号,最后信号通过相位延迟板时,部分线极化信号转化为圆极化信号,从而产生全极化微波辐射计充分定标所需的4个Stokes参数。这种全极化定标源在实际应用中主要存在以下缺点：①定标方程算法复杂，参数矩阵求解困难；②频率兼容性差，相位延迟板在各个频段表现差异较大；③由于相位延迟板的阻抗失配等问题，存在较明显的反射问题，导致较大的定标系统误差和随机误差。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的全极化微波辐射计定标技术存在定标体温度不易控制，或定标方程算法复杂及频率兼容性差的问题，本发明提供了一种全极化微波辐射计变温源装置，通过采用本发明中的相位延迟器替代附图1中的相位延迟板，简化了定标方程；同时由于设有极化网格的相位延迟器拥有良好的宽带性能，使得该相位延迟器具有很高的频率兼容性，且由该相位延迟器引入的定标误差将会大大减小。

本发明提供了一种全极化微波辐射计变温源装置，该装置具有输出亮度温度连续可变，变温时间短，测试方便的特点。

所述的变温源装置能够提供给全极化微波辐射计从低温到高温连续可变的全极化噪声温度，从而实现全极化微波辐射计的星上整体定标，能同时对星载全极化微波辐射计观测的四个Stokes参量进行定标。本发明的变温源装置同时也可应用与工作在对大气透明的微波、毫米波波段的地基全极化微波辐射计系统。

本发明通过相位延迟器的独立旋转，与第一极化网格之间产生可调角度差。更利于星载应用。因为，相位延迟器相比于已有的如图1所示的整体旋转方式相比，有更小的旋转惯量，同时，旋转相位延迟器比旋转第一极化网格对旋转伺服的要求更低，旋转第一极化网格需要比较大的旋转滑环，而旋转相位延迟器可以用常规的电机轴旋转伺服，使得变温源装置的结构简化，便于操作。

为实现上述目的，本发明的全极化微波辐射计变温源装置包括：定标热源、定标冷源、第一极化网格和相位延迟器；所述定标热源所在平面与定标冷源所在的平面相互垂直，所述第一极化网格位于所述定标冷源与定标热源之间且其与水平面成45度角；所述定标热源、定标冷源和第一极化网格之间的相对位置固定，所述相位延迟器以垂直于其所在平面的中心轴为中心旋转设置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的相位延迟器包括第二极化网格和平面反射板，所述第二极化网格位于平面反射板之前，两者的间距可调。

作为上述技术方案的进一步改进，所述相位延迟器所在平面与第一极化网格所在平面平行。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的定标热源为微波黑体，其物理温度保持恒温。

作为上述技术方案的进一步改进，所述定标冷源采用冷空背景辐射或制冷后的微波黑体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的变温源装置输出的4个stokes亮度温度T_V、T_H、T₃和T₄分别表示为：