[发明专利]一种地基微波辐射计的非线性定标方法及装置

摘要

本发明提供一种地基微波辐射计的非线性定标方法，该非线性定标方法是在地基微波辐射计噪声注入两点定标的基础上实现噪声注入多点亮温的非线性定标方法，即利用两个已知的参考目标和注入已知噪声的另外两个参考目标获得的多点亮温值对接收机噪声温度和增益的漂移进行周期性校准，确定地基微波辐射计系统的非线性因子获得定标方程用于目标亮度温度的实时测量。同时本发明还提出一种地基微波辐射计的非线性定标装置，包括：噪声注入模块和系统内置定标黑体，其中噪声注入模块包含噪声源、开关和定向耦合器，系统内置定标黑体提供相当于环境温度的标准亮温。此方法减小了由于检波二极管功率非线性特征造成的非线性误差，从而提高探测精准度。

主权项

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：(1‑1)检波器的非线性特征表示为：U＝GPα其中U为检波电压，G为检波系数，α为非线性因子且0＜α＜1，P为输入功率；(1‑2)P为输入功率，该值为接收机噪声、注入噪声与天线噪声温度功率之和，根据Plank定律，在微波波段辐射功率与亮度温度成正比关系，因而检波输出电压与输入功率之间可以表示为：U＝G(Trec+Tinj+TA)α上述方程中，Trec接收机噪声温度、Tinj为注入噪声温度、TA为天线温度、G为检波系数，α为非线性因子，其中Trec，G和α为定标需要获取的三个未知量；(1‑3)多点噪声注入，在通常的高温和低温两个定标参考点之间提供若干额外的定标点，对非线性进行拟合；天线观测低温和常温黑体，可以获得两个定标点Tc～U1和Th～U2，注入一定数值噪声Tn后可以获得另外两个定标点Tc+Tn～U3和Th+Tn～U4；通过上述4个定标点对应的U值获得包括Trec、G和α3个定标参数和Tinj的值，初步确定系统非线性系数α；2)利用实验室变温源交叉多次验证上述步骤初步确定的系统的非线性系数α，进一步获得更精确的非线性系数α的值；3)探测过程中进行准周期实时定标，其具体步骤如下：(3‑1)观测内置黑体，确定定标方程，此定标方程可表示如下：U＝G(Trec+TA)α其中，U为检波电压，α为非线性因子且通过上述两个步骤确定该值，TA为天线噪声温度；为了求出以上公式中的检波系数G和接收机噪声温度Trec这两个未知参数，通过已知数值的高温定标黑体和注入噪声，上式表示为：U1＝G(Trec+Th)αU2＝G(Trec+Tinj+Th)α其中，U1，U2为检波电压且通过检测获得，G为待求解的检波系数，α为已知的非线性因子，Trec为待求解的接收机噪声温度，Th为已知的高温黑体温度，Tinj为已知的注入噪声温度；通过求解包含两个未知参数的方程组，得出检波系数G和接收机噪声温度Trec这两个未知参数；(3‑2)利用定标方程反演亮度温度，完成定标，公式如下：U＝G(Trec+TA)α其中，U为已知的检波电压，G为步骤(3‑1)获得的检波系数，α为已知的非线性因子，Trec为步骤(3‑1)获得的接收机噪声温度；求解此方程反演出天线的亮度温度TA，完成定标过程。