微波辐射计定标

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1、第14卷第1期遥感技术与应用Vol.14No.11999年3月REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICATIONMar.1999微波辐射计定标李靖姜景山李茂堂(中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080)摘要:对微波辐射计的两种定标方法进行了介绍,即分步定标法和整体定标法。分步定标法需要测量的中间参数较多,故误差来源多,定标精度低。整体定标一次完成,没有中间环节,因此定标精度较高,缺点是要求有一个提供给天线的准确、可靠的噪声环境,成本较高。本文在现有的实验条件下,分别对5.4GHz和37GHz微波辐射计进行了整体定标和接收机定标,并对定标结果进行了对比。关键词:

2、微波辐射计定标中图分类号:TP73文献标识码:A文章编号:1004-0323(1999)01-0001-041引言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解译和判读的准确度,定标是实现定量化微波遥感的前提。微波辐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,微波辐射计的定标大体上可分为两种方法:分步定标法,即分别完成接收机的定标和天线的定标;整体定标法,即从天线到最后输出的整机一起定标。微波辐射计的定标离不开噪声源,噪声源提供定量的噪声功率,从存在的形式上看,可以分为两大类:第一类称为人造噪声源,第二类称为自然噪声源。第一

3、类噪声源是由电阻、饱〔1〕和二极管、固态二极管、气体放电管、碰撞雪崩渡越时间二极管(IMPATT)、黑体和场效应〔2〕管等做成的产生定量噪声的噪声源;第二类噪声源是自然界中存在的天然辐射体,它们具〔3,4〕有长期稳定的能量辐射,如宇宙背景、月亮、银河系、太阳及行星等。无论人造噪声源还是〔5〕自然噪声源都有一定的适用范围。2分步定标法2.1接收机的定标由于接收机中采用平方律检波,则接收机的输出电压与输入噪声温度呈线性关系,即:VOUT=a(TIN+b)(1)只要给接收机输入两个已知噪声温度,并测得其对应的输出电压,便可确定定标常数a和b。接收机的定标如图1所示,图中的匹配负载为一个标准噪声源,

4、和微波辐射计输入端口hc相连,它的输出噪声温度分别为TCAL和TCAL时所对应的接收机输出电压分别为:收稿日期:1998210227修订日期:1998212214作者简介:李靖,男,1967年5月生,博士,从事微波辐射计研制及其定标、地物电磁散射和辐射特性的理论研究。2遥感技术与应用第14卷hhhcVOUT=a(TCAL+b)(2)TTCALCAL微波辐射计Th或Tccc接收机OUTOUTVOUT=a(TCAL+b)(3)上述两方程的解为:恒温控制hc%VOUT-VOUTa=hc(4)TCAL-TCAL匹配负载chhc图1微波辐射计接收机的定标VOUTTCAL-VOUTTCAL(5)b=hc

5、VOUT-VOUT2.2天线的定标天线的定标是确定天线输出噪声温度T′A与天线主波束视在温度TML之间的关系。T′A由三部分组成:①通过天线主波束接收到的能量,是我们关心的量;②天线旁瓣的贡献;③天线结构本身热发射的贡献。即:T′A=GlGMTML+Gl(1-GM)TSL+(1-Gl)T0(6)式中:Gl为天线的辐射效率,Gl=1öLa,其中La为天线损耗因子;GM为天线主波束效率;T0为天线的物理温度。TML和TSL分别为天线主瓣和旁瓣的贡献,用微波辐射计测量T′A,其目的是估计TML。将T′A作为接收机的输入,就得出整机定标方程。接收机定标比较容易,但天线定标比较困难,需要较大的暗室和相

6、应的专用测试设备,测定天线的方向图及天线辐射效率。分步定标法需要测量的中间参数较多,故误差来源多,定标精度低。整体定标一次完成,没有中间环节,因此定标精度较高,缺点是要求有一个提供给天线的准确、可靠的噪声环境,成本较高。3整体定标整体定标是对微波辐射计整机进行定标,将天线指向噪声辐射源,改变辐射源的辐射量便得到输入输出的定量关系式。用于整体定标的噪声辐射源由已知发射率的材料做成,并放入温度精确可调的环境中。通过改变其环境的物理温度,就可得到亮度温度,以完成微波辐射计的整体定标。当辐射计的接收机已通过了线性调试具有良好的线性度后,便可用两点定标法进行整体定标。一般选取一个高温点和一个低温点即可

7、完成整体定标。设计了一个整体定标环境,2制作了一块约4m的木板,在木板上布满良好吸波特性的微波吸波材料,认为其发射率为1,将此定标装置放在一个密闭的实验室内,使微波辐射计的主波束指向微波吸波材料,通过调整实验室的温度,得到多个定标点,实现微波辐射计整体定标。利用上面提到的微波辐射计整体定标环境,对514GHz和37GHz二频段微波辐射计进行了整体定标,得到了两台微波辐射计的定标曲线。同时也对这两台微波辐射计的