[发明专利]确定球形黑体辐射引起的天线噪声温度的方法和设备

说明书

本发明涉及确定球形黑体辐射引起的天线噪声温度的方法、设备和计算机可读存储介质，其针对球形黑体辐射引起的归一化噪声温度的积分计算问题，通坐标系变换，将“不规则”积分区域变换为“规则”积分区域，通过球面三角公式得到了新坐标系下的积分函数，使积分计算变得易于处理。该方法模型清晰，便于数值计算，计算结果可用于相关场景下的测控性能分析。

技术领域

本发明一般地涉及航天测控技术领域。更具体地，本发明涉及用于确定球形黑体辐射引起的天线噪声温度的方法和设备。

背景技术

天体辐射噪声是航天测控，特别是深空测控中必须考虑的影响因素。测控天线在指向探测器的同时，有时某些天体也会部分甚至全部进入测控天线的有效波束。例如，在月球探测任务中，测控天线跟踪月球探测器时，月球也会进入测控天线波束内；又如，当太阳—航天器—测控天线共线(即日凌)时，太阳会进入测控天线波束内。此时，天体辐射会增大测控天线接收系统的噪声温度、降低接收信噪比，影响测控性能。

为合理安排测控弧段，可靠完成航天任务，需准确分析天体辐射噪声带来的接收天线噪声温度。在理论分析中，可以将这些天体模型化为具有特定辐射亮温度的黑体。黑体辐射噪声引起的测控天线的(归一化)噪声温度为：

T_incr、T_b分别表示黑体辐射引起的接收噪声温度(增量)、黑体辐射亮温度，G_r为测控接收天线的归一化方向图，θ_a为相对天线视轴方向的角度，为方位角。分子的积分范围为黑体对测控天线形成的立体角范围(disk)，分母的积分范围为整个空间(4π)。用于表示天线方向图的球坐标系的Z轴一般取天线视轴方向，如果仍在该坐标系中进行分子积分的计算，对于常见的球形(如月球、太阳等)天体或在计算辐射噪声时可近似为球形的天体，积分区域就会变为位于球坐标系空间某一方位的圆锥形立体角，如图1所示。对于这样的“不规则”积分区域，即便采用数值积分方法，也不便处理。

发明内容

本发明基于前述背景，对常见的球形黑体辐射引起的天线噪声温度，将其分子积分转换至以球形黑体方向为Z轴的球坐标系下，得到了“规则”积分区域，并利用球面三角公式，得到新坐标系下的天线方向图Gr，从而获得新坐标系下积分的显式表达，便于数值积分。

为此，在一个方面中，本发明提供一种确定球形黑体辐射引起的天线噪声温度的方法，包括：

以球形黑体方向为Z轴，使XOZ平面通过测控天线视轴，建立球坐标系；

在所述球坐标系下，推导如下的黑体上任意一点与测控天线视轴的角距离θ_a表达式(1)，其中θ_a＞0，

其中，θ_off是黑体与所述测控天线视轴的角距离，是黑体上任意一点P的球坐标；

在所述球坐标系下，变换得到如下的天线归一化方向图表达式(2)和积分区域表达式(3),

其中disk表示球形黑体对测控天线所形成的立体角范围，D表示球形黑体的角直径，Ω表示以测控天线为顶点的立体角；以及

通过数值方法求积分，确定用于计算所述球形黑体辐射引起的归一化噪声温度的表达式(4),

其中T_incr、T_b分别表示黑体辐射引起的接收噪声温度增量和黑体辐射亮温度，G_r为所述归一化方向图，为方位角。

在一个实施例中，表达式(4)的分母积分在原球坐标系下进行。

在另一个方面中，本发明提供一种确定球形黑体辐射引起的天线噪声温度的设备，包括：