[发明专利]一种微波辐射计亮温非线性校正的方法与系统

摘要

一种微波辐射计亮温非线性校正的方法与系统，包括一种微波辐射计亮温非线性校正系统与一种微波辐射计亮温非线性校正方法；一种微波辐射计亮温非线性校正系统中各模块的功能为：地面真空定标试验模块A开展地面真空定标试验，在地面真空罐中测量微波辐射计观测热定标源和冷定标源的接收机响应值；卫星在轨测量黑体和冷空模块B的功能是微波辐射计发射入轨后，观测热源黑体和深空冷源得到接收机响应；低温点订正模块C的功能是通过两点定标观察延展后的接收机计数值和辐射计在轨直接观测深空冷源2.73k的计数值之间的差异，开展低温订正；非线性订正模块D采用地面真空定标试验模块A得到的数据，列出各通道高次方程，再开展非线性订正。

主权项

1.一种微波辐射计亮温非线性校正方法，依托于一种微波辐射计亮温非线性校正系统，包括地面真空定标试验模块A、卫星在轨测量黑体和冷空模块B、低温点订正模块C以及非线性订正模块D；其中，地面真空定标试验模块A中的操作主要包括地面真空罐、变温源和接收机；所述微波辐射计亮温非线性校正系统中各模块的功能如下：地面真空定标试验模块A用于开展地面真空定标试验，在地面真空罐中的微波辐射计观测热定标源和冷定标源的接收机响应值，其中，热定标源为热源黑体293k，冷定标源为低温源95k；卫星在轨测量黑体和冷空模块B的功能是微波辐射计发射入轨后，观测热源黑体293k和深空冷源2.73k得到接收机响应；低温点订正模块C根据地面真空定标试验延展的2.73k深空冷源响应与微波辐射计发射入轨后测量的接收机响应值之间的差异，开展线性低温订正；非线性订正模块D的功能是采用地面真空定标试验模块A得到的数据，列出各通道高次方程，再基于低温点订正模块C中得到的差异，开展非线性订正；其中，k为温度单位，开尔文；所述微波辐射计亮温非线性校正系统中各模块的连接关系是串联关系，即：地面真空定标试验模块A连接卫星在轨测量黑体和冷空模块B；卫星在轨测量黑体和冷空模块B连接低温点订正模块C；低温点订正模块C连接非线性订正模块D；其特征在于：具体步骤为：步骤一、地面真空定标试验模块A进行地面真空定标试验，在地面真空罐中的微波辐射计观测热定标源和冷定标源和相应的接收机响应值，具体包括如下子步骤：步骤1.1根据热定标源及冷定标源和接收机响应值，列如下方程(1)和(2)，并解出a和b：TC＝a*VC+b  (1)TH＝a*VH+b  (2)其中，a和b是两点线性定标的亮温曲线系数，其中，a是两点线性定标的亮温曲线斜率，b是两点线性定标的亮温曲线截距；VH和VC分别代表冷定标源和热定标源的接收机响应值；其中，a通过a＝(TH‑TC)/(VH‑VC)计算，b通过b＝(VH*TC‑VC*TH)/(VH‑VC)计算；TC是热定标源，TH是冷定标源；其中，所述的热定标源TC是热源黑体，其亮温源值为293k，所述的冷定标源TH是低温源为95k；步骤1.2根据(1)式和(2)式解出的a和b值，将公式(1)和(2)计算出两点线性定标的亮温曲线延展到深空冷源TS，即：通过公式(3)求出延展后的接收机响应VS；TS＝a*VS+b  (3)其中，所述的深空冷源为2.73k；步骤1.3在地面真空定标试验模块A的地面真空罐试验，在变温源可观测的温度范围内，对接收机的N个通道进行观测，得到响应的接收机响应值即：测量亮温，再进一步通过高次方程拟合得出测量亮温偏差Q；其中，所述的变温源是在地面真空定标试验模块A的地面真空罐试验中，微波辐射计接收机观测的目标源，该目标源可以变化温度，即变温源；所述的变温源可观测的温度范围为95～320k；其中，观测的接收机通道数N的计算过程如下：1)首先，计算变温源温度变化范围，即：Tmax‑Tmin；2)其次，再用1)计算的结果除以测试亮温间隔，再取向下整数，计算公式为：其中，所述的亮温间隔K_f范围为：5k到15k；T_max是变温源可以测试的最高温度，T_min是变温源可以测试的最低温度；是向下取整操作；其中，所述的测量亮温偏差Q，其定义为：Q＝变温源亮温源值‑测量亮温；具体来说，通过高次方程拟合得出所测的测量亮温偏差Q，具体为：Q＝dn*Vn+dn‑1*Vn‑1+..+d0  (5)其中，dn，dn‑1，...d0代表高次方程拟合系数，V代表所测的接收机响应值，具体对应接收机通道i的测量亮温Vi，其测量亮温偏差为Qi，下标i取值范围为1到N，分别对应N个接收机通道；步骤1.4根据步骤1.3测得的一定范围内的变温源的测量亮温，采用最小二乘法向低温段延展至2.73k，对应的接收机响应为VS；步骤二、通过卫星在轨测量黑体和冷空模块B，在轨观测热源黑体和深空冷源的接收机响应值；再通过两点线性定标，计算在轨实测亮温曲线参数，进一步计算出接收机的N个通道变温源观测温度范围的在轨测量亮温偏差，步骤二具体为：步骤2.1在卫星在轨测量黑体和冷空模块B中，采用星载微波辐射计分别观测热源黑体及深空冷源，分别得到两者的接收机响应值；其中，所述的热源黑体与步骤一中的热源黑体相同，其亮温源值为293k，所述的深空冷源，其值为2.73k；步骤2.2根据步骤2.1测得的结果进行两点线性定标，计算出在轨实测亮温曲线参数a’和b’；具体为：根据热源黑体及深空冷源和接收机响应值，列如下方程，并解出a’和b’：TS＝a’*VS2+b’ (6)TC＝a’*VC2+b’ (7)其中，VC2和VS2分别代表采用星载微波辐射计测得的热源黑体及宇宙冷空的接收机响应值；a’和b’是两点线性定标的在轨实测亮温曲线系数，其中，a’是两点线性定标的在轨实测亮温曲线斜率，b’是两点线性定标的在轨实测亮温曲线截距；其中，TC是热源黑体，其值为293k，TS是深空冷源，其值为2.73k；其中，a’通过a’＝(TC‑TS)/(VC2‑VS2)计算，b’通过b’＝(VC2*TS‑VS2*TC)/(VC2‑VS2)计算；步骤2.3根据步骤2.2得出的在轨实测亮温曲线参数，计算出接收机的N个通道变温源观测温度范围的测量亮温偏差，即为线性订正误差；具体计算过程为：分别将步骤1.3中接收机的N个通道观测的变温源值：T1＝Tmin，T2＝Tmin+Kf，T3＝Tmin+2Kf，……，TN＝Tmax，分别带入步骤1.1计算的结果a 和b以及步骤2.2的计算结果a’和b’带入如下方程(8)和(9)中，求出对应的接收机响应值：Ti＝a*Vi1+b  (8)Ti＝a’*Vi2+b’ (9)公式(8)和(9)中Ti、Vi1和Vi2的下标i取值范围为1到N，Ti对应接收机通道i观测的变温源值；Vi1对应接收机通道i的地面真空定标接收机响应；Vi2对应接收机通道i观测的在轨接收机响应；步骤2.4根据步骤2.3的计算结果：各个通道的地面真空定标接收机响应减去对应通道的在轨接收机响应，得出线性订正误差；公式(10)中的表示接收机通道i观测的线性订正误差，下标i取值范围为1到N；步骤三、低温点订正模块C进行线性低温偏差订正，具体包括：3.1将星载微波辐射计在轨测量的宇宙冷空的接收机响应值VS2订正为步骤1.2的计算结果VS；3.2将星载微波辐射计在轨测量的接收机通道i的测量亮温减去步骤2.4计算的接收机通道i的线性订正误差，步骤四、非线性订正模块D中进一步对经过步骤三线性低温偏差订正的在轨测量的接收机响应值进行非线性订正，具体为：将步骤三中3.2的输出，即经过线性订正的在轨测量N个接收机通道的测量亮温分别加上步骤1.3经过高次方程拟合得出的各个接收机通道的测量亮温偏差Qi，得出非线性订正后的N个通道的接收机响应值。