專利名稱：地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標裝置及外定標方法
技術領域：
本發明涉及一種星載微波輻射計的外定標技術，尤其涉及一種采用干涉式孔徑綜 合技術的圓環陣列型地球同步軌道毫米波大氣溫度探測儀的外定標裝置及外定標方法。
背景技術：
目前作為國際研究熱點的地球同步軌道毫米波大氣溫度探測儀是一種采用干涉 式孔徑綜合技術的高靈敏星載微波輻射計。靜止軌道氣象衛星飛行高度很高，通常在35860 公里，因此靜止軌道探測儀要獲得足夠的空間分辨率，必須加大天線尺寸。干涉式孔徑綜合 成像技術是用稀疏的多個小口徑單元天線等效成大口面天線解決了大口面、高精度毫米波 天線制造、在軌機械掃描以及形變等問題。
這種干涉式綜合孔徑微波輻射計可以采用圓環陣列旋轉掃描分時采樣方案設計 方案。22個單元天線分布在直徑為2. 5 3米圓環上，勻速旋轉分時采樣。該探測儀的單 元天線、毫米波前端分布在圓環直徑上；公共噪聲源與本振單元位于圓環中心；電源單元、 高速數字處理單元、通訊與系統控制單元安裝在圓環背面；掃描機構安裝在艙內，與衛星艙 板緊固連接；掃描機構輸出軸帶動圓環掃描。
這種地球同步軌道毫米波大氣溫度探測儀能夠對目標亮溫分布進行成像，其成像 原理簡單說就是將天線陣列中任兩根天線接收信號之間進行相關運算，獲得目標圖像的對 應這對天線組(稱為基線)的空間頻率數據，經過優化設計的稀疏天線陣列能夠獲得足夠 量的基線組合進行目標圖像空間頻率盡量完整覆蓋的測量數據，進而使用成像反演算法重 建目標的亮溫圖像。
另外，干涉式孔徑綜合技術能夠突破傳統微波輻射計分辨率低的瓶頸，但是也使 得系統本身的復雜度大大增加。系統的復雜度也同時增加了系統定標的難度。遙感儀器都 需要定標來精確地修正儀器結構自身的誤差，確定儀器輸出與目標真實輸入之間的關系， 實現儀器輸出數據定量化，滿足應用需求。為了配合定標，在探測儀內部設置了一個公共噪 聲源作為相干噪聲源提供內校準信號用于輸出可視度函數參數的校準；每個接收通道設置 一個匹配負載作為非相干噪聲源用于校準接收通道耦合引起的系統偏置。這些內部定標源 可以完成探測儀相關器輸出值的相位值校正，但是完成不了儀器的輸出幅度絕對大小的定 標。解決這個問題的一個思路是再設置一個不同溫度公共噪聲源，通過設置復雜的步驟和 算法也可以完成儀器的輸出幅度絕對大小的定標，但是這種方法的缺點是它不計入天線 端參數的影響且步驟復雜。發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種采用干涉式孔徑綜合技術的圓環 陣列型地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標裝置及外定標方法。是根據探測儀天線陣列 的特點設計的一種外定標結構作為綜合孔徑微波輻射計單通道全功率定標裝置，能夠直接 完成幅度絕對量的定標，結合相位校正，進而得到整個設備的定標。其充分應用圓環排布天線陣列旋轉的特點，這種外定標裝置只需要兩個不同溫度外定標源(定標黑體溫度和冷空 背景溫度)就可以確定陣列中所有天線和接收機通道的系統響應。利用該裝置可以實時標 定出系統輸出的的絕對量，定標精度高，并提供可靠的噪聲溫度標準。通過定期定標不僅可 以掌握探測儀的系統工作狀態并且能夠找出輸出數據與輸入信號的對應關系。
為了實現上述目的，本發明的地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標裝置，包括 安裝桿、安裝在所述安裝桿的一端且頻率與探測儀相匹配的定標輻射源、以及安裝在所述 安裝桿的另一端的冷空反射鏡。
該外定標裝置安裝在地球同步軌道大氣溫度探測儀圓環天線陣列的直徑上，所述 定標輻射源作為一個已知高溫源輻射進入探測儀天線，所述冷空反射鏡用于將冷空背景溫 度反射進入探測儀天線主波束內作為一個已知低溫源。
該外定標裝置在軌每隔一定時間進行一次定標數據獲取，為了不影響天線觀測地 面目標，將探測儀在軌工作流程就分成觀測模式和定標模式兩種。在觀測模式下，所述定標 輻射源與冷空反射鏡轉離天線視場，不影響天線觀測目標亮溫，此時探測儀對進入天線的 地物目標信號進行測量，相應輸出每個接收機的全功率測量值以及地物歸一化相關值；在 定標模式下，所述定標輻射源與冷空反射鏡轉入天線視場，接收開關打到天線端口，隨著陣 列旋轉，每個天線單元逐個掃描一遍定標輻射源以及冷空反射鏡反射進入天線的冷空背景 溫度來獲取定標數據，此時，探測儀通過接收兩個已知定標源的輻射溫度的輸出值計算全 功率接收定標參數，然后，接收開關再打到內部公共噪聲源溫度，通過輸出值計算其他定標 參數；最后，利用觀測模式下所獲得的輸出電壓以及在定標模式下所獲得的各定標參數計 算得到最終的可視度函數。這里，天線陣列旋轉周期0分鐘左右)內接收機的漂移可以忽 略，能夠滿足多通道接收機定標要求。這種外方法結合了儀器的結構便于工程實現，而且能 夠完成校準天線陣列眾多天線和接收通道的任務。定期定標不僅可以掌握探測儀的系統工 作狀態并且能夠找出輸出數據與輸入信號的對應關系。
另外，本發明地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標方法，包括如下步驟
DTsys系統溫度參數定標利用微波輻射計接收機線性化特點使用兩點定標原理， 在定標模式下，外定標裝置展開使得定標源對準天線口面，測量各個接收機的全功率輸出 V。utB·和V。ut;^氣通過下述公式求出系數a及b，
權利要求
1.一種地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標裝置，其特征在于，包括安裝桿、安裝 在所述安裝桿的一端且頻率與探測儀相匹配的定標輻射源、以及安裝在所述安裝桿的另一 端的冷空反射鏡，該外定標裝置安裝在地球同步軌道大氣溫度探測儀圓環天線陣列的直徑上，所述定標 輻射源作為一個已知高溫源溫度信號輻射進入探測儀天線，所述冷空反射鏡用于將冷空背 景溫度反射進入探測儀天線主波束內作為一個已知低溫源。
2.如權利要求1所述的地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標裝置，其特征在于，所 述外定標裝置在軌每隔一定時間進行一次定標數據獲取，將探測儀在軌工作流程分成觀測 模式和定標模式兩種，所述觀測模式下，所述定標輻射源與冷空反射鏡轉離探測儀的天線視場，以便天線觀 測目標亮溫，此時所述探測儀對進入天線的地物目標信號進行測量，相應輸出每個接收機 的全功率測量值以及地物歸一化相關值；所述定標模式下，所述定標輻射源與冷空反射鏡轉入探測儀的天線視場，接收開關打 到天線端口，隨著陣列旋轉，每個天線單元逐個掃描一遍所述定標輻射源以及所述冷空反 射鏡反射進入天線的冷空背景溫度來獲取定標數據，此時，所述探測儀通過接收兩個已知 定標源的輻射溫度的輸出值計算全功率接收定標參數，然后，接收開關再打到內部公共噪 聲源溫度，通過輸出值計算其他定標參數；然后，利用所述觀測模式下所獲得的輸出電壓以及在所述定標模式下所獲得的各定標 參數計算得到最終的可視度函數。
3.—種地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標方法，利用權利要求1所述的外定標裝 置進行外定標，其特征在于，包括如下步驟DTsys系統溫度參數定標利用微波輻射計接收機線性化特點使用兩點定標原理，在定 標模式下，外定標裝置展開使得定標源對準天線口面，測量探測儀中的各個接收機的全功 率輸出v。u/h ·和v。u/Stt，通過下述公式求出系數a及b，
全文摘要
本發明提供一種地球同步軌道大氣溫度探測儀的外定標裝置及外定標方法。該裝置包括安裝桿、定標輻射源以及冷空反射鏡，安裝在地球同步軌道大氣溫度探測儀圓環天線陣列的直徑上，在軌每隔一定時間進行一次定標數據獲取，在觀測模式下，定標輻射源與冷空反射鏡轉離天線視場以便天線觀測目標亮溫；在定標模式下，定標輻射源與冷空反射鏡轉入天線視場，隨著陣列旋轉，每個天線單元逐個掃描定標輻射源和冷空反射鏡反射進入的冷空背景溫度獲取定標數據。本發明充分應用圓環排布天線陣列旋轉的特點，只需兩個不同溫度外定標源就可確定陣列中所有天線和接收機通道的系統響應，能實時標定出系統輸出的絕對量，定標精度高并提供可靠的噪聲溫度標準。
文檔編號G01J5/52GK102032949SQ20091023523
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月28日 優先權日2009年9月28日
發明者劉浩, 吳季, 吳瓊, 張升偉, 閻敬業 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心
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