本發(fā)明涉及微波輻射特性測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
：微波波段(例如L波段、Ka波段、K波段)具有強(qiáng)穿透性，能夠穿透植被或森林冠層探測到地表的土壤水分、積雪參數(shù)、凍土深度和凍融狀態(tài)等參數(shù)，已成為被動(dòng)微波遙感反演地表參數(shù)的主要波段。微波輻射計(jì)是被動(dòng)微波遙感系統(tǒng)中重要的組成部分，它通過天線接收各種物體的微波輻射信號。但是由于天線輻射效率或主波束效率的影響，微波輻射計(jì)接收的亮溫往往包含周圍干擾目標(biāo)的影響，即旁瓣或背瓣造成真實(shí)目標(biāo)輻射亮溫的誤判，特別是在微波輻射傳輸過程中造成輻射傳輸參數(shù)的差異，從而影響著被動(dòng)微波遙感反演地表參數(shù)的精度。一直以來，在實(shí)際測量中往往忽略背瓣的影響，因此如何準(zhǔn)確的定量分析微波輻射計(jì)背瓣的影響是提高被動(dòng)微波遙感反演地表參數(shù)的關(guān)鍵。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了定量分析微波輻射計(jì)背瓣，本發(fā)明提供一種微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置及測量方法。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置，包括底座、固定在底座上的升降臺(tái)、與升降臺(tái)相連的蓄電池、與升降臺(tái)相連的數(shù)據(jù)終端，還包括：微波輻射計(jì)，包括分別與蓄電池和數(shù)據(jù)終端相連的微波輻射計(jì)接收機(jī)、與微波輻射計(jì)接收機(jī)相連且固定在底座上的微波輻射計(jì)天線，所述微波輻射計(jì)天線的開口豎直向上設(shè)置；固定在升降臺(tái)上的液氮箱，所述液氮箱是一個(gè)充滿液氮的多孔吸收材料箱；固定在升降臺(tái)內(nèi)側(cè)的標(biāo)尺，用于確定液氮箱與微波輻射計(jì)天線開口之間的距離；所述數(shù)據(jù)終端中安裝有運(yùn)行程序，用于控制升降臺(tái)的升降高度和實(shí)時(shí)記錄微波輻射計(jì)接收機(jī)的微波輻射測量數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)終端采用計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步的，所述微波輻射計(jì)，型號為JYR-Ka，頻率為36.5GHz，帶寬為400M。進(jìn)一步的，所述蓄電池，型號為SAIL-6-QA-195，額定電壓為12V。進(jìn)一步的，所述標(biāo)尺的刻度為0～100cm，精度為0.5cm。本發(fā)明還提供了一種微波輻射計(jì)背瓣的測量方法，包括以下步驟：步驟一、利用羅盤將測量裝置調(diào)整水平，保證微波輻射計(jì)天線的開口豎直向；步驟二、利用蓄電池為升降臺(tái)和微波輻射計(jì)接收機(jī)供電，接通升降臺(tái)電源，開始升降自檢工作；步驟三、接通微波輻射計(jì)接收機(jī)電源，開始微波輻射計(jì)的預(yù)熱工作；步驟四、為了避免旁瓣的影響，計(jì)算液氮箱與微波輻射計(jì)天線開口之間的最大距離h，h＝d/(2*tan(0.5*α))，d表示液氮箱的寬度，α表示微波輻射計(jì)的主波束角；步驟五、打開數(shù)據(jù)終端，通過數(shù)據(jù)終端中的運(yùn)行程序控制升降臺(tái)的升降高度，使液氮箱與微波輻射計(jì)天線開口之間的距離為0，通過標(biāo)尺進(jìn)行確定；步驟六、開啟微波輻射計(jì)自動(dòng)測量功能，在0～h距離范圍內(nèi)進(jìn)行多次測量，通過數(shù)據(jù)終端實(shí)時(shí)記錄微波輻射計(jì)接收機(jī)所測量的多個(gè)微波輻射亮溫；步驟七、根據(jù)微波輻射傳輸理論，所述微波輻射計(jì)接收機(jī)通過微波輻射計(jì)天線接收到的微波輻射亮溫TB如式(1)所示：TB＝η·TLN+(1-η)·TG(1)式中，η表示微波輻射計(jì)天線的輻射效率，TLN表示液氮箱中液氮的物理溫度，TG表示目標(biāo)的輻射亮溫，如式(2)所示：TG＝es·TS(2)式中，es為目標(biāo)發(fā)射率，TS為目標(biāo)物理溫度；步驟八、通過變換式(1)和式(2)得到微波輻射計(jì)天線的輻射效率η，如式(3)所示：η＝(TB-es·TS)/(TLN–es·TS)(3)則微波輻射計(jì)背瓣的大小如式(4)所示：TBACK＝es·TS·(1-η)(4)。本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明的一種微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作性強(qiáng)、成本低。2、本發(fā)明的測量方法是將微波輻射計(jì)天線的開口垂直上向放置，通過數(shù)據(jù)終端中的運(yùn)行程序控制升降臺(tái)的高度，然后在一定的距離范圍內(nèi)通過數(shù)據(jù)終端接收目標(biāo)輻射亮溫，根據(jù)實(shí)測的目標(biāo)輻射亮溫和估算的目標(biāo)發(fā)射率，并結(jié)合微波輻射傳輸理論就能夠計(jì)算出微波輻射計(jì)背瓣的大小。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的測量方法具有操作容易、普適性強(qiáng)、計(jì)算簡單的優(yōu)點(diǎn)，是測量微波輻射計(jì)背瓣的有效方法。3、微波輻射計(jì)天線的校準(zhǔn)是提高微波輻射計(jì)精度的關(guān)鍵，本發(fā)明采用冷負(fù)載，即將微波輻射計(jì)天線對準(zhǔn)一個(gè)充滿液氮的多孔吸收材料箱即液氮箱，這種多孔吸收材料的反射系數(shù)很小，是一個(gè)良好的吸收體。4、本發(fā)明的測量裝置和測量方法可以有效的測量微波輻射計(jì)背瓣大小，從而為微波輻射傳輸參數(shù)的糾正奠定理論基礎(chǔ)。5、本發(fā)明的測量裝置和測量方法適用于任何微波波段的微波輻射測量。附圖說明圖1為本發(fā)明的一種微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)測裸地凍土?xí)r微波輻射計(jì)天線的輻射效率隨距離(指的是液氮箱與微波輻射計(jì)天線開口之間的距離)的變化曲線圖。圖3為實(shí)測裸地凍土?xí)r微波輻射計(jì)背瓣隨距離(指的是液氮箱與微波輻射計(jì)天線開口之間的距離)的變化曲線圖。圖中：1、底座，2、升降臺(tái)，3、液氮箱，4、微波輻射計(jì)接收機(jī)，5、微波輻射計(jì)天線，6、蓄電池，7、標(biāo)尺，8、數(shù)據(jù)終端。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的一種微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置，主要包括底座1、升降臺(tái)2、液氮箱3、微波輻射計(jì)、蓄電池6、標(biāo)尺7和數(shù)據(jù)終端8。微波輻射計(jì)包括微波輻射計(jì)接收機(jī)4和微波輻射計(jì)天線5，微波輻射計(jì)接收機(jī)4和微波輻射計(jì)天線5相連。底座1位于升降臺(tái)2的下方，升降臺(tái)2固定在底座1上，底座1主要用于承載微波輻射計(jì)天線5。微波輻射計(jì)天線5固定在底座1上，并且其開口方向?yàn)樨Q直向上設(shè)置。液氮箱3位于升降臺(tái)2的上方，液氮箱3固定在升降臺(tái)2上，液氮箱3是一個(gè)充滿液氮的多孔吸收材料箱，這種多孔吸收材料的反射系數(shù)很小，是一個(gè)良好的吸收體。蓄電池6分別與微波輻射計(jì)接收機(jī)4和升降臺(tái)2相連，用于給微波輻射計(jì)接收機(jī)4和升降臺(tái)2供電。標(biāo)尺7固定在升降臺(tái)2內(nèi)側(cè)，用于確定液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離。數(shù)據(jù)終端8分別與微波輻射計(jì)接收機(jī)4和升降臺(tái)2相連。數(shù)據(jù)終端8采用計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中安裝有運(yùn)行程序，用于控制升降臺(tái)2的升降高度和實(shí)時(shí)記錄微波輻射計(jì)接收機(jī)4的微波輻射測量數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)終端8中的運(yùn)行程序控制升降臺(tái)2的升降高度，液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離由升降臺(tái)2上的標(biāo)尺7確定，在一定的距離(指的是液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離)范圍內(nèi)通過數(shù)據(jù)終端8接收目標(biāo)的微波輻射亮溫，根據(jù)實(shí)測的目標(biāo)的微波輻射亮溫和估算的目標(biāo)發(fā)射率，并結(jié)合微波輻射傳輸理論就能夠計(jì)算出微波輻射計(jì)背瓣的大小。本實(shí)施方式中，升降臺(tái)2的負(fù)載為100kg。本實(shí)施方式中，液氮箱3的尺寸為長*寬*高＝20cm*20cm*20cm。本實(shí)施方式中，微波輻射計(jì)，型號為JYR-Ka，頻率為36.5GHz，帶寬為400M。本實(shí)施方式中，蓄電池6，型號為SAIL-6-QA-195，額定電壓為12V。本實(shí)施方式中，標(biāo)尺7的刻度為0～100cm，精度為0.5cm。本發(fā)明的一種微波輻射計(jì)背瓣的測量方法，是基于上述的微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置實(shí)現(xiàn)的，其具體過程如下：步驟一、按照圖1所示，安裝好本發(fā)明的微波輻射計(jì)背瓣的測量裝置。步驟二、利用羅盤將底座1、升降臺(tái)2、液氮箱3、微波輻射計(jì)天線5調(diào)整水平，同時(shí)保證微波輻射計(jì)天線5的開口方向?yàn)樨Q直向上設(shè)置。步驟三、通過蓄電池6為升降臺(tái)2和微波輻射計(jì)接收機(jī)4供電，接通升降臺(tái)2電源，開始升降臺(tái)2的升降自檢工作。步驟四、接通微波輻射計(jì)接收機(jī)4電源，開始微波輻射計(jì)的預(yù)熱工作。步驟五、計(jì)算限定高度h(指的是液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的最大距離)，h＝d/(2*tan(0.5*α))，d表示液氮箱3的寬度，α表示微波輻射計(jì)的主波束角。步驟六、打開數(shù)據(jù)終端8，進(jìn)行升降臺(tái)2高度的調(diào)整，即調(diào)整液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離為0cm，此距離可以通過升降臺(tái)2上的標(biāo)尺7進(jìn)行確定。步驟七、開啟微波輻射計(jì)自動(dòng)測量功能，在0～h距離范圍內(nèi)進(jìn)行多次微波輻射測量，通過數(shù)據(jù)終端8實(shí)時(shí)記錄微波輻射計(jì)接收機(jī)4所測量的多個(gè)微波輻射亮溫。步驟八、根據(jù)微波輻射傳輸理論，微波輻射計(jì)接收機(jī)4通過微波輻射計(jì)天線5接收到的微波輻射亮溫TB由三部分構(gòu)成，可以表示為：TB＝η·TLN+(1-η)·TG(1)式中，η表示微波輻射計(jì)天線5的輻射效率，TLN表示液氮箱3中液氮的物理溫度，TG表示目標(biāo)的輻射亮溫，可以表示為：TG＝es·TS(2)式中，es為目標(biāo)發(fā)射率，TS為目標(biāo)物理溫度。變換式(1)和式(2)就可以得到微波輻射計(jì)天線5的輻射效率η：η＝(TB-es·TS)/(TLN–es·TS)(3)那么微波輻射計(jì)背瓣的大小可以表示為：TBACK＝es·TS·(1-η)(4)。微波輻射亮溫TB為一系列值，是通過微波輻射計(jì)測得的，通過測得的TB計(jì)算出微波輻射計(jì)天線5的輻射效率η，然后再計(jì)算出微波輻射計(jì)背瓣TBACK。具體實(shí)施方式一利用本發(fā)明的測量裝置和測量方法，以Ka波段雙極化微波輻射計(jì)為例，測量裸地凍土的背瓣大小。假設(shè)液氮箱3的寬度d為20cm，微波輻射計(jì)的主波束角α為15°，則利用h＝d/(2*tan(0.5*α))計(jì)算限定高度h為75cm，即液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離不能超過75cm。調(diào)整液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離為0cm，開啟微波輻射計(jì)自動(dòng)測量功能，最終選擇0～25cm距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)以5cm為間隔的不同高度的微波輻射測量。通過數(shù)據(jù)終端8實(shí)時(shí)記錄微波輻射計(jì)接收機(jī)4的微波輻射測量數(shù)據(jù)。測量時(shí)在液氮箱3中浸泡黑體，則液氮的物理溫度TLN為80K，裸地凍土發(fā)射率es為0.95，裸地凍土物理溫度TS為270K，則裸地凍土的輻射亮溫TG＝es·TS＝256.5K，那么推導(dǎo)出微波輻射計(jì)天線5的輻射效率η＝(TB-es·TS)/(TLN–es·TS)＝(256.5-TB)/176.5，繼續(xù)推導(dǎo)得出微波輻射計(jì)背瓣TBACK＝es·TS·(1-η)＝256.5(1-η)＝256.5(1-(256.5-TB)/176.5)，則給出TB，就能計(jì)算出相對應(yīng)的微波輻射計(jì)背瓣大小。各數(shù)據(jù)如下表所示：表一：H極化h0cm5cm10cm15cm20cm25cmTB80.00K80.11K80.23K82.78K85.32K88.92KTBACK0.000.16K0.34K4.04K7.74K12.97K表二：V極化h0cm5cm10cm15cm20cm25cmTB80.00K80.22K81.04K82.74K84.73K88.02KTBACK0.000.32K1.44K3.99K6.88K11.65K通過圖2可知，實(shí)測裸地凍土?xí)r，隨著液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離h的增大，微波輻射計(jì)天線5的輻射效率η越來越小，變化幅度很小。通過圖3可知，實(shí)測裸地凍土?xí)r，隨著液氮箱3與微波輻射計(jì)天線5開口之間的距離h的增大，微波輻射計(jì)背瓣TBACK越來越大，變化幅度很大。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3