[发明专利]星载微波辐射计天线发射率的在轨测试系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种星载微波辐射计天线发射率的在轨测试系统及测试方法，测试系统包括辐射亮温接收模块、辐射亮温定标模块、在轨定位模块、机动模块、数据应用模块；主要应用于计算星载微波辐射计在轨的天线发射率参数，从而解决天线发射率及其在轨时变情况难以测准的问题。在卫星在轨飞行过程中，通过调整卫星飞行姿态，使星载微波辐射计的天线观测冷空，对比微波辐射计获得的冷空亮温观测值与辐射传输模型计算得到的冷空亮温理论值，计算天线的发射率，天线发射率的准确标定可以消除天线自辐射对微波辐射计系统定标精度的影响，有利于评估辐射计实际在轨定标效果，能有针对性的改善系统定标方案，进而提高星载微波辐射计的辐射测量精度。

技术领域

本发明涉及航天微波无源遥感辐射计技术领域，具体涉及一种星载微波辐射计天线发射率的在轨测试系统及一种星载微波辐射计天线发射率的在轨测试方法。

背景技术

星载微波辐射计通过测量地表和大气辐射信息，可以反演温度、湿度、风速、海冰、积雪、土壤湿度和降水等参数，广泛应用于大气、海洋和陆地等环境探测领域。微波辐射计在轨运行时能否取得准确有效的地表及大气的亮温遥感数据，主要取决于微波辐射计的定标精度。因此，为了获得准确有效的地表及大气亮温遥感数据，需要大大提高微波辐射计的定标精度。

在传统定标的过程中，通过地面测试获得天线反射面发射率参数，但是地面测试精度较低，并且不能表征天线发射率的在轨时变特征，所以目前微波辐射计在轨定标时使用的主天线发射率参数是根据理想公式计算得到的，而非地面测试结果，并且没有进行过在轨修正。为了提高星载微波辐射计的在轨定标精度，准确计算天线在轨发射率是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载微波辐射计反射面天线发射率的在轨测试系统及方法，能够解决天线反射面发射率及其在轨时变特征难以测准的问题，以提高微波辐射计在轨观测亮温的定标精度。

本发明的第一个方面提供了一种星载微波辐射计天线发射率的在轨测试系统，测试系统包括辐射亮温接收模块、辐射亮温定标模块、在轨定位模块、机动模块、数据应用模块；辐射亮温接收模块用于接收观测目标的第一辐射亮温信号，并将第一辐射亮温信号转化为电压信号，将电压信号传输到辐射亮温定标模块；辐射亮温定标模块用于获得定标源的辐射亮温，同时接收辐射亮温接收模块传回的电压信号，结合星载微波辐射计两点定标方程将电压信号转化为第二辐射亮温信号，并将第二辐射亮温信号传递到数据应用模块；在轨定位模块用于获取星载微波辐射计的在轨位置以及星载微波辐射计的飞行姿态信息，并将星载微波辐射计的在轨位置以及星载微波辐射计的飞行姿态信息传递给数据应用模块；机动模块根据观测需求分析星载微波辐射计在轨机动范围，并控制星载微波辐射计进行在轨机动，调整星载微波辐射计飞行姿态；数据应用模块根据星载微波辐射计的在轨位置以及星载微波辐射计的飞行姿态信息确定观测目标属性，结合星载微波辐射计温度信息和第二辐射亮温信号，计算天线反射面的在轨发射率。

进一步地，辐射亮温接收模块包括天线子系统、接收机子系统；天线子系统用于将观测目标的辐射亮温TB反射到接收机子系统中，天线子系统反射传递出去的辐射亮温表示为TA＝TB·(1-ε)+Tphy·ε，其中Tphy为天线反射面的物理温度，TB表示观测目标的实际辐射亮温，ε为天线反射面的发射率；接收机子系统用于接收天线子系统反射传递出的辐射亮温TA，并将观测亮温转化为电压信号。

进一步地，辐射亮温定标模块包括定标源子系统和定标计算子系统；定标源子系统包括冷定标源结构和热定标源结构，定标源子系统用于为辐射亮温接收模块和定标计算子系统提供定标亮温信号；定标计算子系统获取接收机子系统传来的电压信号，采用两点定标公式将电压值转化为亮温值TA＝G(VA-VH)+TH，其中TA表示经过两点定标后的观测目标辐射亮温，VA表示天线观测目标时的输出电压，系统增益G＝(TH-TC))/(VH-VC)，TH表示热源亮温，VH表示天线观测热定标源时的输出电压，TC表示冷源辐射亮温，VC表示天线观测冷定标源时的输出电压。