一種全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置及其定標(biāo)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，包括定標(biāo)熱源、定標(biāo)冷源、極化分離器以及相位發(fā)生器；其中，定標(biāo)熱源位于水平面或垂直面上，定標(biāo)冷源所在的平面與所述定標(biāo)熱源所在的平面垂直；所述極化分離器位于所述定標(biāo)冷源與定標(biāo)熱源之間且其與水平面成45度角；所述相位發(fā)生器所在的平面與所述極化分離器所在的平面成一定的角度。本發(fā)明有效降低了系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差，大大減少了定標(biāo)不確定度。
【專利說(shuō)明】一種全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置及其定標(biāo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波遙感器領(lǐng)域，特別涉及一種全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置及其定標(biāo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全極化微波輻射計(jì)是上世紀(jì)九十年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新型微波遙感器，由于其可以測(cè)量全部4個(gè)stokes參數(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)正交極化微波輻射計(jì)在測(cè)量海面風(fēng)場(chǎng)中存在的風(fēng)向模糊化問(wèn)題，在測(cè)量、反演海面的風(fēng)場(chǎng)、海面溫度、大氣水汽含量和液態(tài)水含量，陸地表溫度和土壤濕度等方面具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]全極化微波輻射計(jì)作為一種測(cè)量?jī)x器，不可避免地需要進(jìn)行儀器標(biāo)定。而能否對(duì)全極化微波化輻射計(jì)進(jìn)行方便、可靠、高精度的定標(biāo)也直接決定了全極化微波輻射計(jì)應(yīng)用效果。在全極化輻射計(jì)定標(biāo)研究領(lǐng)域，國(guó)外起步較早，已經(jīng)出現(xiàn)的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)源原理圖如圖1所示。其原理為:先通過(guò)處于環(huán)境溫度的黑體和液氮冷卻的黑體產(chǎn)生非極化信號(hào)，非極化信號(hào)通過(guò)極化分裂格網(wǎng)產(chǎn)生線極化信號(hào)，最后信號(hào)通過(guò)相位延遲板時(shí)，部分線極化信號(hào)轉(zhuǎn)化為圓極化信號(hào)，從而產(chǎn)生全極化微波輻射計(jì)充分定標(biāo)所需的4個(gè)Stokes參數(shù)。這種全極化定標(biāo)源在實(shí)際應(yīng)用中主要存在以下缺點(diǎn):①定標(biāo)方程算法復(fù)雜，參數(shù)矩陣求解困難頻率兼容性差，相位延遲板在各個(gè)頻段表現(xiàn)差異較大；③由于相位延遲板的阻抗失配等問(wèn)題，存在較明顯的反射問(wèn)題，導(dǎo)致較大的定標(biāo)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置所存在的缺陷，從而提供誤差小、適用頻段寬的定標(biāo)裝置與定標(biāo)方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，包括定標(biāo)熱源2、定標(biāo)冷源3、極化分離器4以及相位發(fā)生器5 ;其中，
[0006]所述定標(biāo)熱源2位于水平面或垂直面上，所述定標(biāo)冷源3所在的平面與所述定標(biāo)熱源2所在的平面垂直；所述極化分離器4位于所述定標(biāo)冷源3與定標(biāo)熱源2之間且其與水平面成45度角；所述相位發(fā)生器5所在的平面與所述極化分離器4所在的平面成一定的角度。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述定標(biāo)熱源2和定標(biāo)冷源3固定不動(dòng)，所述極化分離器4繞垂直于自身平面的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述定標(biāo)冷源3、定標(biāo)熱源2以及極化分離器4集成為一個(gè)整體，繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述相位發(fā)生器5包括極化網(wǎng)格51和金屬反射板52，所述極化網(wǎng)格51位于所述金屬反射板52之前，兩者的間距可調(diào)。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述相位發(fā)生器5與所述極化分離器4之間成90度角。
[0011]本發(fā)明還提供了基于所述的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置所實(shí)現(xiàn)的定標(biāo)方法，包括:
[0012]步驟I)、所述定標(biāo)熱源2產(chǎn)生非極化、高亮溫信號(hào)Ttot,所述定標(biāo)冷源3產(chǎn)生非極化、低亮溫信號(hào)TMld，所述極化分離器4將所述定標(biāo)熱源2和定標(biāo)冷源3所輸出的信號(hào)進(jìn)行極化分離，分別得到水平極化和垂直極化的高亮溫信號(hào)，以及水平極化和垂直極化的低亮溫信號(hào)，進(jìn)而得到如下stokes參數(shù):
[0013]Tv=Thot (rxcos2 Θ +r 丄 sin2 Θ ) +Tcold (txcos2 Θ +t 丄 sin2 θ ) +TG(Lncos2 θ +L 丄 sin2θ );
[0014]Th=Thot (rxsin2 Θ +r 丄 cos2 θ ) +Tcold (txsin2 θ +t 丄 cos2 θ ) +TG(Lnsin2 Θ +L 丄 cos2θ);
[0015]T3=Thotsin2 θ (rx-r ±)+Tcoldsin2 θ (tx_t 丄)+TGsin2 θ (Ln-L 丄)；
[0016]T4=O ；
[0017]其中，rx、tx、Ln分別是極化分離器4中的網(wǎng)格線的方向和電磁波極化方向平行時(shí)金屬網(wǎng)格的反射系數(shù)、傳輸系數(shù)和歐姆損失；r1、Li分別是垂直時(shí)的反射系數(shù)、傳輸系數(shù)和歐姆損失。^是金屬網(wǎng)格的物理溫度；Θ是極化分離器4中的網(wǎng)格線與天線垂直極化方向的夾角；
[0018]步驟2)、經(jīng)由極化分離器4而產(chǎn)生的水平極化和垂直極化的高亮溫信號(hào)，以及水平極化和垂直極化的低亮溫信號(hào) 再經(jīng)過(guò)相位發(fā)生器5后，所述水平極化和垂直極化的高亮溫信號(hào)，以及水平極化和垂直極化的低亮溫信號(hào)部分變?yōu)閳A極化高亮溫信號(hào)和低亮溫信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生全極化微波輻 射計(jì)定標(biāo)裝置的全部4個(gè)stokes參數(shù)信號(hào)以及其所輸出的輻射信號(hào);
[0019]步驟3)、待定標(biāo)的全極化微波輻射計(jì)的天線接收到所述全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置的輻射信號(hào)，該信號(hào)由全極化微波輻射計(jì)進(jìn)行探測(cè)分析后，以電壓的形式輸出，把全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置輸出的已知4個(gè)stokes亮溫參數(shù)代入全極化微波輻射計(jì)的天線溫度和輸出響應(yīng)間的關(guān)系矩陣，求出全極化微波輻射計(jì)自身的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)全極化輻射計(jì)的定標(biāo)。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021 ] 1、有效降低了系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差，大大減少了定標(biāo)不確定度。
[0022]2、過(guò)程算法簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理過(guò)程簡(jiǎn)化。
[0023]3、各頻率一致性好，適用頻帶寬。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)源原理圖；
[0025]圖2 (a)是本發(fā)明的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2(b)是本發(fā)明的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置在另一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖面說(shuō)明
[0028]I全極化微波輻射計(jì)天線2定標(biāo)熱源3定標(biāo)冷源
[0029]4極化分離器5相位發(fā)生器51極化網(wǎng)格
[0030]52金屬反射板【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0032]圖2 Ca)為本發(fā)明的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖，該定標(biāo)裝置包括定標(biāo)熱源2、定標(biāo)冷源3、極化分離器4以及相位發(fā)生器5 ;其中，所述定標(biāo)冷源3位于水平面上，所述定標(biāo)熱源2與水平面垂直；所述極化分離器4位于定標(biāo)冷源3與定標(biāo)熱源2之間且其與水平面成45度角；所述相位發(fā)生器5與所述極化分離器4之間成90度角；在運(yùn)行時(shí)，所述定標(biāo)熱源2和定標(biāo)冷源3固定不動(dòng)，所述極化分離器4能夠繞垂直于自身平面的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0033]下面對(duì)該定標(biāo)裝置中的各個(gè)部件做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0034]所述定標(biāo)熱源2用于產(chǎn)生非極化、高亮溫信號(hào)Ttot。
[0035]所述定標(biāo)冷源3用來(lái)產(chǎn)生非極化、低亮溫信號(hào)Trald。
[0036]所述極化分離器4用于將定標(biāo)熱源2和定標(biāo)冷源3產(chǎn)生的非極化亮溫信號(hào)進(jìn)行極化分離，生成水平極化和垂直極化的高亮溫信號(hào)，水平極化和垂直極化的低亮溫信號(hào)，從而產(chǎn)生前3個(gè)stokes參數(shù)Tv、Th、T3，其運(yùn)算過(guò)程可參考stokes參數(shù)的定義。所述極化分離器4可采用極化網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)。
[0037]所述相位發(fā)生器5用于將經(jīng)過(guò)極化分離器4后的線極化信號(hào)部分轉(zhuǎn)變?yōu)閳A極化信號(hào)，從而產(chǎn)生全部4個(gè)stokes參數(shù)Tv、Th、Τ3、Τ4。所述相位發(fā)生器5包括極化網(wǎng)格51和金屬反射板52，所述極化網(wǎng)格51位于金屬反射板52之前，兩者的間距可通過(guò)理論計(jì)算確定并可調(diào)。所述相位發(fā)生器5在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下繞垂直于自身平面的中心軸，按照規(guī)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0038]圖2 (b)為本發(fā)明的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置在一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖，在該實(shí)施例中，本發(fā)明的定標(biāo)裝置也包括定標(biāo)熱源2、定標(biāo)冷源3、極化分離器4以及相位發(fā)生器5 ;其中，所述定標(biāo)冷源3位于水平面上，所述定標(biāo)熱源2與水平面垂直；所述極化分離器4位于定標(biāo)冷源3與定標(biāo)熱源2之間且其與水平面成45度角；所述相位發(fā)生器5與所述極化分離器4之間成90度角；其中的定標(biāo)冷源3、定標(biāo)熱源2以及極化分離器4集成為一個(gè)整體，在運(yùn)行時(shí)繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0039]在上述的兩個(gè)實(shí)施例中，定標(biāo)冷源3位于水平面上，定標(biāo)熱源2與水平面垂直，在其他實(shí)施例中，所述定標(biāo)冷源3與定標(biāo)熱源2的位置可以互換。此外，所述相位發(fā)生器5與所述極化分離器4之間的角度也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。
[0040]以上是對(duì)本發(fā)明的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置的結(jié)構(gòu)描述，下面對(duì)本發(fā)明的定標(biāo)裝置對(duì)全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)的原理進(jìn)行說(shuō)明。
[0041]全極化微波輻射計(jì)的天線溫度和輸出響應(yīng)間的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，其特征在于，包括定標(biāo)熱源(2)、定標(biāo)冷源(3)、極化分離器(4)以及相位發(fā)生器(5);其中， 所述定標(biāo)熱源(2)位于水平面或垂直面上，所述定標(biāo)冷源(3)所在的平面與所述定標(biāo)熱源(2)所在的平面垂直；所述極化分離器(4)位于所述定標(biāo)冷源(3)與定標(biāo)熱源(2)之間且其與水平面成45度角；所述相位發(fā)生器(5)所在的平面與所述極化分離器(4)所在的平面成一定的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，其特征在于，所述定標(biāo)熱源(2)和定標(biāo)冷源(3)固定不動(dòng)，所述極化分離器(4)繞垂直于自身平面的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，其特征在于，所述定標(biāo)冷源(3)、定標(biāo)熱源(2)以及極化分離器(4)集成為一個(gè)整體，繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，其特征在于，所述相位發(fā)生器(5)包括極化網(wǎng)格(51)和金屬反射板(52)，所述極化網(wǎng)格(51)位于所述金屬反射板(52)之前，兩者的間距可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置，其特征在于，所述相位發(fā)生器(5)與所述極化分離器(4)之間成90度角。
6.基于權(quán)利要求1-5之一所述的全極化微波輻射計(jì)定標(biāo)裝置所實(shí)現(xiàn)的定標(biāo)方法，包括: 步驟I)、所述定標(biāo)熱源(2)產(chǎn)生非極化、高亮溫信號(hào)Ttot,所述定標(biāo)冷源(3)產(chǎn)生非極化、低亮溫信號(hào)TMld，所述極化分離器(4)將所述定標(biāo)熱源(2)和定標(biāo)冷源(3)所輸出的信號(hào)進(jìn)行極化分離，分別得到水平極化和垂直極化的高亮溫信號(hào)，以及水平極化和垂直極化的低亮溫信號(hào)，進(jìn)而得到如下stokes參數(shù):

【文檔編號(hào)】G01D18/00GK103512606SQ201310467040
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】李彬, 王振占, 陸浩, 王新彪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心