[发明专利]基于微波辐射计的大尺寸材料有效微波介电常数反演方法

说明书

本发明公开了一种基于微波辐射计的大尺寸材料有效微波介电常数反演方法，通过实验测试对大尺寸固体材料样本进行反演得到大尺寸固体材料样本的有效微波介电常数，有利于建立大尺度固体材料的微波辐射遥感物理模型，从而提高微波遥感数据的解译和分析精度；实验测试部分所采用的微波辐射计，是目前卫星被动微波遥感的主要载荷形式，因此基于该方法探测并反演得到的固体材料样本有效微波介电常数具有很高的应用价值。本发明所构建的“环境‑测试样本‑黑体”观测系统A和“环境‑测试样本‑铝板”观测系统B，在微波辐射传输方面黑体材料和铝板材料均有严格且清晰的边界条件，由此反演所得大尺寸固体材料样本有效微波介电常数具有较高的可信度。

技术领域

本发明涉及固体材料介电测试技术领域，特别地，涉及一种基于微波辐射计的大尺寸材料有效微波介电常数反演方法。

背景技术

在采用被动微波遥感技术对地进行观测时，地物(包括岩石、混凝土、板结土等固体材料)微波介电性能是影响地物微波发射率，进而影响微波辐射亮温的重要因素；地物微波介电性能的差异，也是利用微波遥感数据识别地物类型的关键理论依据。因此，了解并测知地物微波介电性能是发展卫星被动微波遥感应用的重要基础。

地表固体材料微波介电常数的获取，目前通常是采用实验测试的方式，包括同轴探头法、传输线法、谐振腔法、空间波法等，但从测试条件、测试方法以及测试结果的应用性来讲，存在以下几个方面的不足：

1)同轴探头法、传输线法和谐振腔法一般用于测试小尺寸(几毫米至几厘米)且无显著结构特征的岩石样本的微波介电性能，而对于较大尺寸(分米或米级尺度)的材料样本，其可能具有显著结构特征，因此采用常规测试手段所获取的测试结果就具有一定的局限性，无法有效反映整个大尺寸试块的宏观介电性能。

2)采用空间波法虽然可以反映较大尺寸固体材料整体的微波介电性能，但空间波法实验测试平台的搭建十分复杂，测试环境要求极高，否则测试精度太低，因此该方法测试成本较高，采用空间波法测试岩石样本微波介电性需要多方面考虑技术、经济、效率等问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种能够较为简易、高效地获取大尺寸固体材料有效微波介电常数反演方法；该方法通过微波辐射计测试大尺寸固体材料的微波亮温值，基于构建的微波辐射传输模型，采用数值分析方法反演分析得到大尺寸固体材料的有效微波介电常数值。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于微波辐射计的大尺寸材料有效微波介电常数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建“环境-测试样本-黑体”三层微波亮温观测系统A；观测系统A中，上层的环境为微波辐射计探测过程中的背景辐射，中间层的测试样本为待测材料，下层的黑体为微波吸波材料，所述测试样本直接放置于所述黑体之上；

步骤2：基于步骤1构建的观测系统A，在所述测试样本的上表面上紧贴设置与其上表面面积大小相等的纯铝板，采用所述微波辐射计在所述测试样本上方以垂直观测的方式探测所述环境的背景辐射亮温T₁；

步骤3：去除步骤2中紧贴于所述测试样本的上表面上的所述纯铝板，采用步骤2中的微波辐射计观测形式，探测“环境-测试样本-黑体”三层微波亮温观测系统A的微波亮温值T_B1，同时采用多通道物理温度探测仪同步探测所述测试样本的物理温度T₂和所述黑体的物理温度T₃，建立如下关系：

式1)中Γ₁为环境-测试样本界面处的反射率，根据Snell反射定律建立如下关系：

其中：

ε₂＝ε′₂-jε″₂ 3)；