一种地基微波辐射计实时定标装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种地基微波辐射计实时定标装置，所述装置包括：地基微波辐射计(1)，第一极化线栅(2)，左热源(3)，第二极化线栅(4)，右热源(5)和下热源(6)；以地基微波辐射计(1)为中心，所述第一极化线栅(2)位于地基微波辐射计(1)的左边，所述左热源(3)位于所述第一极化线栅(2)的左边；所述第二极化线栅(4)位于地基微波辐射计(1)的右边，所述右热源(5)位于所述第二极化线栅(4)的右边；所述下热源(6)位于地基微波辐射计(1)的下方。基于所述地基微波辐射计实时定标装置，本发明还提供了一种地基微波辐射计实时定标方法，能够实现地基微波辐射计的实时定标。
【专利说明】一种地基微波辐射计实时定标装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地基微波福射计定标【技术领域】，尤其涉及一种地基微波福射计实时定 标装置及方法。
【背景技术】
[0002] 地基微波辐射计是一种地基大气廓线微波探测仪，其探测频率包括水汽吸收线 20-30GHZ(7通道）和氧气吸收线50-60GHZ(7通道），它通过测量微波/毫米波波段大气氧 气、水汽吸收谱段以及窗口频率的辐射亮温，反演大气的温度、湿度廓线等大气参数：对流 层温度廓线（〇?10000m)、边界层高分辨率温度廓线（0?1000m)、对流层湿度（水汽）廓 线、高时间分辨率、精确的液态水路径（LWP)和水汽积分通量（IWV)测量。
[0003]与探空雷达相比，地基微波/毫米波辐射计具有维护成本低、运行可靠等特点；此 夕卜，微波/毫米波辐射计的对云中液态水的灵敏度较高。
[0004] 微波辐射计的定标精度不仅反映了仪器研制水平的高低，而且也影响微波辐射图 像的解读和判读的准确度，定标是实现定量化微波遥感的前提。微波福射计的定标是标定 微波辐射计输出（电压或电压数码）与输入噪声温度之间的定量关系的过程。现有常用的 地基微波辐射计定标方法是采用液氮制冷的定标黑体和常温黑体完成两点定标，但是由于 液氮具有挥发性，不能满足长期实时定标的要求，现有技术通常采用噪声源内定标的方式 来实现实时定标。星载辐射计在轨定标采用星载定标体和冷空做为参考源，背景纯净，技术 成熟且定标精度高；而地基微波辐射计系统所处环境背景复杂，运行过程中没有冷空背景 作为高稳定的低温参考源进行实时定标，因此地基微波辐射计定标比星载辐射计定标难度 要高，需要考虑的因素也很多。
[0005] 地基微波辐射计由于其工作环境（如气象站）通常不能保证长期有人专门值守， 因此传统的两点定标方法无法保证高频次进行，一般两点定标周期在3个月左右。这就对 地基微波辐射计的稳定性及内定标方法提出了严格的要求。由于地面环境的复杂性及用于 地基辐射计内定标的噪声源稳定性等问题，国产地基微波辐射计由于系统稳定性达不到以 及国产噪声源的稳定性也不够高，一般都不能满足定标周期3个月内还保持相对稳定及高 的探测精度的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服目前地基微波辐射计实时定标方法中存在的上述问题，提 出了一种结构简单，操作方便，稳定性强的地基微波辐射计实时定标装置，并在装置的基础 上提出了一种地基微波辐射计实时定标方法，能够实现地基微波辐射计的实时定标。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种地基微波辐射计实时定标装置，所述装置 包括：地基微波辐射计1，第一极化线栅2,左热源3,第二极化线栅4,右热源5和下热源6 ; 以地基微波辐射计1为中心，所述第一极化线栅2位于地基微波辐射计1的左边，所述左热 源3位于所述第一极化线栅2的左边；所述第二极化线栅4位于地基微波辐射计1的右边， 所述右热源5位于所述第二极化线栅4的右边；所述下热源6位于地基微波辐射计1的下 方。
[0008] 上述技术方案中，所述第一极化线栅2和第二极化线栅4为可旋转的极化线栅。
[0009] 上述技术方案中，所述左热源3、右热源5和下热源6为温度恒定的黑体。
[0010] 基于所述地基微波辐射计实时定标装置，本发明还提供了一种地基微波辐射计实 时定标方法，所述方法包括：
[0011] 步骤1)当所述地基微波辐射计1观测左边时，建立地基微波辐射计1左边的第一 极化线栅2提供的辐射亮温的表达式：
[0012]
【权利要求】
1. 一种地基微波辐射计实时定标装置，其特征在于，所述装置包括：地基微波辐射计 (1)，第一极化线栅（2)，左热源（3)，第二极化线栅（4)，右热源（5)和下热源（6);以地基微 波辐射计（1)为中心，所述第一极化线栅（2)位于地基微波辐射计（1)的左边，所述左热源 (3)位于所述第一极化线栅（2)的左边；所述第二极化线栅（4)位于地基微波辐射计（1)的 右边，所述右热源（5)位于所述第二极化线栅（4)的右边；所述下热源（6)位于地基微波辐 射计（1)的下方。
2. 根据权利要求1所述的地基微波辐射计实时定标装置，其特征在于，所述第一极化 线栅（2)和第二极化线栅（4)为可旋转的极化线栅。
3. 根据权利要求1所述的地基微波辐射计实时定标装置，其特征在于，所述左热源 (3)、右热源（5)和下热源（6)为温度恒定的黑体。
4. 一种地基微波辐射计实时定标方法，所述方法基于权利要求1-3之一所述的地基微 波辐射计实时定标装置，所述方法包括： 步骤1)当所述地基微波辐射计（1)观测左边时，建立地基微波辐射计（1)左边的第一 极化线栅（2)提供的辐射亮温的表达式：
其中，0:为所述第一极化线栅（2)的旋转角度，TSKY为冷空亮温，也是地基微波辐射计 (1)观测输出的亮温；THOT1为左热源⑶辐射的亮温，为已知值； 步骤2)当地基微波辐射计（1)观测右边时，建立地基微波辐射计（1)右边的第二极化 线栅（4)提供的辐射亮温的表达式：
其中，9 2为所述第二极化线栅（4)的旋转角度，THOT2为右热源（5)辐射的亮温，为已知 值； 步骤3)建立地基微波辐射计（1)观测上方冷空时的系统增益表达式；
其中，a为地基微波辐射计（1)的非线性定标参数，为未知值；匕，为地基微波辐射计 (1)观测左边时的输出电压，为已知值；Vsky为地基微波辐射计⑴观测上方冷空时的输出 电压，为已知值； 步骤4)建立地基微波辐射计（1)观测下热源（6)时的系统增益表达式；
其中，VBB为地基辐射计（1)观测下热源时的输出电压，为已知值；匕2为地基辐射计（1) 观测右边时的输出电压，为已知值；TroT3为下热源（6)辐射的亮温，为已知值； 步骤5)建立地基微波辐射计（1)观测下热源（6)时接收机噪声温度的表达式；
其中，T_sky为地基微波辐射计（1)观测下热源（6)时接收机噪声的温度，为已知值；VBB为地基微波辐射计（1)观测下热源（6)时的输出电压，为已知值； 步骤6)建立地基微波辐射计（1)观测上方冷空时接收机噪声温度的表达式；
其中0为定标噪声参数，为未知值；T_bb为地基微波辐射计（1)观测上方冷空时接收 机噪声的温度，为已知值； 步骤7)将上述公式（101)至（106)进行联立，通过最优化方法解出定标参数a，0 ; 步骤8)建立地基微波辐射计（1)观测冷空时的定标方程； 首先利用定标参数a，|3，通过公式（101)至（106)计算中间变量：gain_sky、gain_bb、T_sky、T_bb，则地基微波辐射计⑴观测冷空时的定标方程为：
5. 根据权利要求4所述的地基微波辐射计实时定标方法，其特征在于，所述步骤1)进 一步包括： 调整01使第一极化线栅（2)的输出亮温&接近左热源（3)的亮温Tron，第一极化线 栅（2)将冷空辐射和左热源辐射按不同比例组合在一起传递到地基微波辐射计（1)的观测 天线上。
6. 根据权利要求4所述的地基微波辐射计实时定标的方法，其特征在于，所述步骤2) 进一步包括： 调整92使第二极化线栅（4)的输出亮温？；2接近冷空亮温TSKY，第二极化线栅（4)将冷 空辐射和右热源辐射按不同比例组合在一起传递到地基微波辐射计（1)的观测天线上。
【文档编号】G01W1/18GK104483646SQ201410822486
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】王新彪, 张升伟, 张祥坤, 王振占 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心