[发明专利]一种地基微波辐射计定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定标方法，特别涉及一种地基微波辐射计定标方法。

背景技术

K波段微波辐射计是一种被动式的微波遥感器，能穿透云层和雨区，可用于全天时、全天候地观测全球大气湿度、水汽含量、降雨量等气象资料。定标技术是微波辐射计设计中的一项关键技术。由于地基辐射计工作环境特殊，受大气衰减的影响，在地面没有宇宙冷空背景可以利用，参考源相比大气辐射亮温均为高温源，利用传统定标方法不能避免由于外推而引入的误差，因此确定全观测范围的动态响应关系非常关键。

目前对地基微波辐射计定标普遍使用的是理想情况下的高低温两点线性定标法。在高低温两点线性定标法中，理想的辐射计接收机是一个线性系统，利用两个定标源T_low和T_high的输出电压V_low和V_high来计算定标方程时，所得到的方程是一条理想直线。但在实际检测中，实际的辐射计响应是一条通过已知点的曲线，因此参照高低温两点线性定标法，根据观测时的输出电压V_mea所得到的对应真实温度T_mea就可能出现较大误差。基于液氮冷却定标黑体作为参考源之一的四点非线性定标法考虑了检波管的非线性特征，但选取的参考源温度均高于观测的大气辐射，定标亮温值通过定标曲线外推获得，引入误差具有不确定性，且非线性越明显，定标亮温值误差越大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的用于地基微波辐射计定标方法引入误差具有不确定性的缺陷，从而提供一种准确性高的定标方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种地基微波辐射计定标方法，包括：

步骤1）、将地基微波辐射计的天线和射频接收模块之间连接步进衰减器，将所述天线对准液氮冷却的定标黑体；设置所述步进衰减器的衰减值在0～35dB之间，获得不同衰减值时各通道输出的电压值，利用衰减值计算对应的等效亮温值，根据各等效亮温值与各通道输出电压之间的对应关系，从而计算出系统非线性因子和噪声源注入噪声，完成初步定标；

步骤2）、将所述地基微波辐射计的天线对准冷空，将所述步进衰减器的衰减值设定为0，将所述天线的扫描模式设置为变速扫描，并在相对天顶±60度内做跳跃式扫描，步进为5度，每个角度停留时间为40ms，期间噪声源开关实现通断各一次，收集定标数据，其余角度变速扫描，不收集数据；然后根据时间地点匹配的探空廓线数据，建立大气光学厚度和大气质量的对应关系，代入步骤1）中所确定的包括注入噪声、系统非线性因子在内的定标参数，得到一定标关系曲线，如果所述定标关系曲线经过原点，则步骤1）所得到的定标参数正确，步骤2）结束，否则利用微调逼近的方法调整定标参数，直至所述定标关系曲线经过原点；

步骤3）、将所述地基微波辐射计的天线对准宇宙冷空背景后固定，将所述步进衰减器的衰减值在0～25dB之间对数步进，在每个衰减值处观测冷空和冷空耦合噪声，获得不同衰减值时各通道输出的电压值，并对衰减值和电压值进行拟合；

然后从步骤1）所得到的结果中得到衰减值为0时的电压值，从所得到的拟合结果中查找出与所述电压值相对应的观测冷空背景时的衰减值，利用衰减器衰减值与输出电压值的关系，计算天线对准冷空时观测到的等效噪声温度，确定所述地基微波辐射计观测不同时间和地点的冷空所对应的亮温值。

上述技术方案中，还包括用户使用地基微波辐射计时对所述地基微波辐射计进行实时定标的步骤，该步骤包括：

步骤a）、采用所述地基微波辐射计对宇宙冷空进行实时观测，得到电压值V；

步骤b）、所述地基微波辐射计周期性观测内置定标黑体且噪声源开关各1次，周期性地计算系统增益G以及系统接收机噪声Trec；

步骤c）、将步骤1）-步骤3）中计算得到的噪声源注入噪声Tn、系统非线性因子a以及步骤a）中得到的电压值V，步骤b）中得到的系统增益G以及系统接收机噪声Trec代入下列公式：

V＝G(T_rec+T_sky+T_n)^α  （4）

计算出大气辐射亮温Tsky，利用该值实现实时定标。