[发明专利]一种大气不透明度测试方法

说明书

本发明涉及一种大气不透明度测试方法，该方法涉及的装置是由接收机、固定架、俯仰旋转轴、座架、常温黑体、高温黑体、常温黑体旋转轴、高温黑体旋转轴组成，首先记录当前接收机波束仰角值及该仰角下接收机对向冷空的辐射强度，之后在接收机馈源口面交替引入常温黑体和高温黑体，分别记录接收机对应的辐射强度，以此测算出接收机强度及温度的响应比率和接收机等效的噪声温度，再结合环境温度和Bevis经验模型计算出等效的大气平均温度，最终利用上述数据计算出该波段当前对应的大气不透明度。该方法不需要为数据拟合而进行多仰角俯仰扫描测试，可在接收机波束方向处于0‑90度之间任意仰角下直接进行大气不透明度测试，尤其适用于射电天文毫米波强度校准工程应用，使强度校准效率及实时性有了明显提升。

技术领域

本发明涉及一种大气不透明度测试方法，尤其是一种在毫米波接收机强度校准中对大气不透明度进行实时、快速的测试方法，专门用于大气不透明度工程测量。

背景技术

在射电天文观测中，强度校准的目的是将接收设备对天文观测源的响应转换为天文意义上的流量。在常用的射电天文强度校准方法中，厘米波校准主要使用噪声注入模式，就是将一个标准噪声信号在馈源和极化器之后注入到接收机内部进行校准。由于毫米波微波器件的小型化导致噪声注入模式不易实现，加之注入模式可能引入噪声，因此BTL(BellTelephone Laboratory)最早提出使用斩波轮技术进行毫米波校准，就是在馈源口面交替放置或者移除常温黑体进行校准，使接收机交替测试冷空及常温黑体的辐射强度，以此建立温度标尺。除此之外，在毫米波观测中，强度校准还需要考虑天线效率和大气影响。天线效率包括衍射损耗、反射损耗(欧姆损耗、遮挡、误差波束响应)和照射损耗，因为它们都会以不同方式影响校准；而大气影响是由于大气的水汽(H₂O)和氧分子(O₂)会衰减天文信号并引入噪声。因此，毫米波强度校准最终得到是修正了大气衰减、辐射损耗、后向散射和溢出的射电源的等效温度；最后，根据科学观测需求的不同，再将射电源的等效温度转换为绝对亮温T_R*、主波束亮温度T_MB或者流量密度S_V以完成最终的校准.

在高频射电波段，尤其是在毫米波和亚毫米波段观测中，地球大气对来自宇宙的电磁辐射会产生显著的吸收，研究大气吸收对从事毫米波射电天文观测来说非常必要。任何一个毫米波观测站，都需要在特定频率处测定大气不透明度及其随时间的变化，从大气不透明度的测量数据出发，借助于大气模型，决定大气的水汽含量，由此外推其它毫米波和亚毫米波段大气的不透明度，研究各个波段大气对毫米波与亚毫米波观测的影响。在毫米波射电天文观测中，实时获取不透明度数据也能准确地修正大气吸收效应，克服大气变化因素，从而实现高精度的强度校准。另外，大气不透明度也可用来定量评价观测地点作为毫米波与亚毫米波观测台址的优劣。

国际已有较多工作在毫米波及亚毫米波段的单天线和综合孔径千涉阵地面设备，例如在夏威夷国际天文台的JCMT望远镜、CSO望远镜和SMA亚毫米波干涉阵，另有在智利Atacama高原建设的64*12米的ALMA亚毫米波干涉阵等，上述观测台站均在前期对台址的大气不透明度进行了长时间测量，并在正式观测中用于精确的强度校准。