[发明专利]一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法

权利要求书

1.一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1实时计算太阳方位角、高度角；

S2控制转台使天线指向太阳，所述转台为方位和俯仰转台；

S3固定天线仰角，通过步进方式控制微波辐射计转台天线指向太阳中心位置，控制方位转台转动天线扫描太阳，观测各方向的亮温；

S4移动天线方位，使得太阳不在天线波束内，控制天线俯仰对天空进行扫描，利用俯仰天空扫描数据计算各个仰角的大气衰减；

S5校准大气衰减，计算没有大气衰减时候观测的太阳辐射到达天线的辐射亮温；

S6根据S4及S5计算得到地球轨道偏心率。

2.根据权利要求1所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S1根据日地轨道关系，计算太阳方位角A_Z和高度角E_l，具体按照如下公式进行计算：

T₀＝(t_s-12)·15°

(1)，

E_l＝arcsin(sinθ_latsinδ+cosδcosT₀)

(2)，

于公式(1)中，t_s为太阳时角,于公式(2)和公式(3)中，δ为太阳赤纬，θ_lat为微波天线所在纬度。

3.根据权利要求1所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S3中方位转台在角度-10°～10°内转动天线扫描太阳。

4.根据权利要求2所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S3中亮温包括太阳辐射经过大气衰减到达天线的亮温和大气辐射亮温，当太阳在天线波束内时，天线观测的亮温按如下公式计算：

当太阳不在波束内时，观测天空时的亮温按如下公式计算：

所述太阳辐射到达天线被接收的亮温由公式(4)和公式(5)相减得到，整理后得到如下公式：

于公式(4)-公式(6)中，所述为天线方位角，θ为俯仰角，Ω_S为太阳波束立体角，Ω_A为天线波束立体角,T_m为大气平均辐射温度，T_bg＝2.75K为宇宙背景辐射亮温，T_sun为太阳平均辐射亮温，τ(θ)为天线指定角度的大气厚度。

5.根据权利要求4所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S4中大气衰减按如下公式计算：

所述天线指定角度的大气厚度按如下公式进行计算：

6.根据权利要求5所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S5具体按如下方式实施：

将公式(7)带入公式(6)中进行大气衰减校准，整理后得到如下公式，经计算即可得到没有大气衰减的太阳辐射到达天线的亮温，

于公式(8)中，x、y为天线波束中心与太阳中心在方位和俯仰两个方向上的角距。

7.根据权利要求6所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S6具体按如下方式实施：

S61经过S3天线在太阳周围旋转扫描后，得到天线方向图，该天线扫描图按高斯天线模型函数表示如下：

于公式(9)中，θ为天线波束宽度，A_d为辐射计对准太阳中心观测的亮温；

S62计算辐射计对准太阳观测的亮温，首先按如下公式计算太阳立体角Ω_s：

Ω_s＝2π(1-cosθ)

(10)，

于公式(10)中，由于日地距离较远，太阳视角θ按如下公式计算：

于公式(11)中，r为太阳半径，d为日地距离；

综上，天线立体角按如下公式计算：

将公式(12)带入公式(8)整理后得到辐射计对准太阳观测的亮温ΔT_sun：

S63根据辐射计对准太阳观测的亮温ΔT_sun计算出太阳在近日点的亮温和远日点的亮温

于公式(14)、公式(15)中，c为地球轨的焦距，a为地球的长半轴，a-c为太阳在近日点的日地距离，a+c为太阳在远日点的日地距离；

S64地球轨道偏心率计算：

将公式(14)和公式(15)的比值M如下：

将公式(16)右边分子分母同时除以a，获得如下公式：

整理公式(17)即可计算出地球轨道偏心率e：