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固定波束指向星载微波辐射计定标方法研究

赵瑾  
【摘要】: 微波辐射计是一种被动式的微波遥感设备,它本身不发射电磁波,而是通过被动接收观测场景的微波辐射能量来探测目标特性。微波辐射计要想实现对观测目标的定量测量,需要对微波辐射计进行定标。所谓定标是定量确定系统对于已知的、可控输入信号响应的过程。本文主要对固定波束指向星载微波辐射计的定标方法进行研究,分析定标模型以及模型参数,设计地面定标试验方案以及进行定标误差分析,评定仪器性能。本文的目的是研究固定波束指向星载微波辐射计定标中存在的问题并提出解决办法,为今后该类型微波辐射计的定标提供参考。 本文首先对星载微波辐射计的定标模型进行了研究,分析了两点定标的误差,并给出了非线性误差模型。论文从平方律检波器的非线性模型出发,推导了微波辐射计“两点定标”后的定标残差与非线性系数μ的关系。验证了利用非线性系数μ对在轨定标残差进行修正的可行性。固定波束微波辐射计定标需要校正观测支路、定标支路传输网络的噪声温度贡献,通过对几种微波辐射计网络辐射传输模型的分析,选择采用微波网络理论的分析方法,建立以微波网络散射参量为基础的辐射传输模型,推导了微波辐射计的定标方程。在建立模型的过程中,还分析了网络温度梯度对计算网络噪声温度的影响以及定标开关对微波辐射计定标模型的影响。 固定波束指向微波辐射计定标模型包含了观测支路、定标支路中的网络散射参量,主要有网络的传输系数以及反射系数。本文采用正交试验设计法(正交法)来分析各散射参量对天线温度定标的影响。在散射参量的测量误差范围内求解定标模型参数的统计分布规律,为通过地面定标试验确定定标模型参数提供指导。 固定波束微波辐射计地面定标实验较为复杂,不仅需要确定定标方程中的模型参数,而且需要确定微波辐射计系统的非线性模型参数,其中非线性模型参数的求解需要知道观测支路、定标支路的传输系数。但从定标方程可以看出,由于开关温度的相关性,只能求出观测支路和定标支路开关等效传输系数的比值,难以求出两者具体的值,因此,可以结合第四章的模型参数分析,在模型参数测量误差范围内寻求合理的解,确定观测支路和定标支路的传输系数,根据定标残差求解非线性模型参数。 最后,考虑了微波辐射计在轨定标的几个问题,分析了其它天体辐射对天线接收冷空背景辐射的影响以及天线反射面的欧姆损耗对接收信号的贡献。


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