一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于饋源口面定標(biāo)方式輻射計(jì)中，包括：S1：確定冷空反射鏡的拋物線方程，從而獲得冷空反射鏡的拋物面母體；S2：確定冷空反射鏡的偏置角；S3：計(jì)算饋源的能量分布；S4：計(jì)算冷空反射鏡的輪廓線，具體的根據(jù)饋源的能量分布，獲得一條冷空反射鏡的截線，截線繞饋源中心線旋轉(zhuǎn)一周，成為一個(gè)錐體，該錐體與拋物面母體相交部分形成冷空反射鏡的輪廓線。本發(fā)明提供的一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)冷空反射鏡進(jìn)行特殊賦形，使冷空反射鏡在對(duì)主天線遙感觀測(cè)不產(chǎn)生物理干涉影響的前提下，降低了到主天線的漏射率，提高了定標(biāo)精度。
【專利說明】一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及偏置拋物面反射鏡的賦形設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于衛(wèi)星微波輻射計(jì)定標(biāo)系統(tǒng)的具有低漏射率的微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]微波輻射計(jì)的輻射定標(biāo)是定量化衛(wèi)星遙感技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到遙感探測(cè)精度。輻射定標(biāo)的基本原理是以輻射標(biāo)準(zhǔn)源或參考信號(hào)為基準(zhǔn)，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，建立遙感儀器輸出信號(hào)和觀測(cè)目標(biāo)絕對(duì)物理量之間的換算關(guān)系。因?yàn)榻^大多數(shù)星載遙感儀器輻射響應(yīng)具有線性特性，在軌星上輻射定標(biāo)一般需要高、低輻射兩個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)來確定定標(biāo)關(guān)系。微波輻射計(jì)一般以宇宙冷空背景作為低輻射標(biāo)準(zhǔn)源。收集冷空輻射信號(hào)再將其進(jìn)行處理、定標(biāo)比對(duì)的過程即為冷定標(biāo)，冷定標(biāo)方式有天線口面定標(biāo)和饋源口面定標(biāo)。
[0004]輻射計(jì)主天線和饋源繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)，各通道饋源喇叭依次對(duì)準(zhǔn)冷空反射鏡焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一次冷空定標(biāo)觀測(cè)。在冷空定標(biāo)觀測(cè)狀態(tài)時(shí)，為了保證定標(biāo)精度，需要確保所收集的輻射信號(hào)絕大部來自冷空，但冷空反射鏡對(duì)饋源不會(huì)全覆蓋，存在漏射，因此在接收冷空輻射時(shí)，還會(huì)引入其他背景的輻射信號(hào)，影響定標(biāo)精度。冷空反射鏡漏射的能量有一部分漏射至主面，另一部分漏射至自由空間，在軌進(jìn)行冷定標(biāo)時(shí)，漏射至主面的能量進(jìn)入饋源對(duì)冷定標(biāo)的影響較大。冷空反射鏡尺寸變大可以降低漏射率，但是會(huì)增加冷空反射鏡對(duì)主天線遙感觀測(cè)時(shí)的干涉影響。因此需對(duì)冷空反射鏡進(jìn)行賦形，使其在有限的尺寸大小約束內(nèi)，降低它到主天線的漏射率(冷空反射鏡到主鏡口面的漏射率控制在0.15%內(nèi))，從而提高定標(biāo)精度。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于饋源口面定標(biāo)方式輻射計(jì)的冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)冷空反射鏡進(jìn)行特殊賦形，使冷空反射鏡在對(duì)主天線遙感觀測(cè)不產(chǎn)生物理干涉影響的前提下，降低到主天線的漏射率，提高定標(biāo)精度。
[0007]本發(fā)明為一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，對(duì)應(yīng)用于饋源口面定標(biāo)方式輻射計(jì)的冷空反射鏡進(jìn)行賦形，其特征在于，包括以下步驟:
51:確定冷空反射鏡的拋物線方程，并根據(jù)所述拋物線方程獲得冷空反射鏡的拋物面母體；
52:確定冷空反射鏡的偏置角；
53:計(jì)算饋源的能量分布；
54:計(jì)算冷空反射鏡的輪廓線，具體的根據(jù)所述饋源的能量分布，計(jì)算出饋源中心線上距離饋源口面不同高度處的能量值；在經(jīng)過饋源中心線的一平面上距離饋源口面不同高度處，計(jì)算出低于中心線能量同一個(gè)能量值的位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，將這些位置點(diǎn)的坐標(biāo)值擬合成一條直線，該直線為冷空反射鏡的截線；所述截線繞饋源中心線旋轉(zhuǎn)一周，成為一個(gè)錐體；所述錐體與所述拋物面母體相交部分形成冷空反射鏡的輪廓線。
[0008]一些實(shí)施例中，結(jié)合冷空反射鏡的實(shí)際空間位置約束條件，根據(jù)冷空反射鏡拋物線焦距對(duì)其相對(duì)于饋源口面仰角的影響，并結(jié)合冷空反射鏡的實(shí)際空間位置約束條件，來選擇冷空反射鏡的拋物線方程的焦距。
[0009]一些實(shí)施例中，根據(jù)冷空反射鏡的波束指向要求來確定冷空反射鏡的偏置角；冷空反射鏡的波束指向與冷空反射鏡的拋物線的軸線平行，又因?yàn)椴ㄊ赶蚺c饋源中心線的角度由冷空反射鏡的具體的安裝位置決定，因此由波束指向與饋源中心線的角度來得到冷空反射鏡的偏置角。
[0010]一些實(shí)施例中，當(dāng)饋源的能量分布的圓對(duì)稱性較差時(shí)，則計(jì)算多個(gè)平面上的截線方程，最后將多條截線方程擬合成一個(gè)體，再用擬合成的體與拋物面母體相交，形成冷空反射鏡的輪廓線，其中多個(gè)平面上的截線方程的計(jì)算方法與S4中的計(jì)算方法相同。
[0011]一些實(shí)施例中，當(dāng)冷空反射鏡運(yùn)用于多饋源系統(tǒng)中時(shí)，選擇波束最寬的饋源照射作為輸入條件進(jìn)行冷空反射鏡的賦形。
[0012]一些實(shí)施例中，步驟S3中，在經(jīng)過饋源中心線的一平面上距離饋源口面不同高度處，計(jì)算出低于中心線能量28.5-30dB的位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，將其擬合成一條直線，該直線為冷空反射鏡的截線。
[0013]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果為:
本發(fā)明提供了一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，使得冷空反射鏡對(duì)饋源的能量覆蓋效果均勻，在一定的空間尺寸約束下，具有低漏射率的特點(diǎn)，且本發(fā)明適用于冷空反射鏡應(yīng)用于各種饋源口面定標(biāo)方式的微波輻射計(jì)中。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]結(jié)合附圖，通過下文的詳細(xì)說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
圖1為冷空反射鏡的三維立體圖；
圖2為冷空反射鏡的截線圖；
圖3為采用本發(fā)明提供的方法獲得的冷空反射鏡和一般偏置拋物面的比較圖。
[0016]符號(hào)說明:
1-冷空反射鏡
2-連接法蘭
3-安裝支架
4-主天線
5-一般的偏置拋物面
6-采用本發(fā)明提供的方法獲得的冷空反射鏡
7-饋源
A-饋源中心線 B-拋物線 C-截線
D-冷空反射鏡軸線 E-饋源喇叭
【具體實(shí)施方式】
[0017]參見示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸。
[0018]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于饋源口面定標(biāo)方式輻射計(jì)的冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，其中冷空反射鏡在輻射計(jì)冷空定標(biāo)時(shí)，用于收集宇宙冷空背景的低輻射信號(hào)，進(jìn)入饋源通道，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)冷空定標(biāo)。如圖1所示，冷空反射鏡I的背后通過連接法蘭2連接到安裝支架3上，在通過安裝支架3將冷空反射鏡I固定安裝在微波輻射計(jì)的軸系上。
[0019]本發(fā)明提供的一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下:
SI，確定冷空反射鏡的拋物線方程，根據(jù)拋物線方程獲得冷空反射鏡的拋物面母體； 具體的，確定冷空反射鏡的拋物線方程的焦距，由于冷空反射鏡拋物線的焦距影響了
其口面相對(duì)于饋源口面的仰角，當(dāng)拋物線焦距較小時(shí)，仰角大，冷空反射鏡下邊緣有較大能量漏射，要控制一定的漏射率，需要冷空反射鏡的縱向尺寸大；當(dāng)焦距較大時(shí)，仰角小，冷空反射鏡上邊緣有較大能量漏射，要控制一定的漏射率，需要冷空反射鏡的橫向尺寸大。結(jié)合上述因素以及實(shí)際空間位置約束條件，進(jìn)行不斷的調(diào)試，從而選擇出合適的冷空反射鏡的拋物線方程。最后根據(jù)冷空反射鏡的拋物線方程，冷空反射鏡的拋物線繞其主軸旋轉(zhuǎn)一圈，從而獲得冷空反射鏡的拋物面母體。
[0020]S2，確定冷空反射鏡的偏置角；
具體的，冷空反射鏡為一偏置拋物面，冷空反射鏡的偏置角是指為冷空反射鏡的拋物線的軸線與饋源中心線的夾角，根據(jù)冷空反射鏡的波束指向要求確定冷空反射鏡的偏置角；由于冷空反射鏡的波束指向與冷空反射鏡的拋物線的軸線平行，又因?yàn)椴ㄊ赶蚺c饋源中心線的角度由具體的安裝位置決定，因此由波束指向與饋源中心線的角度來得到冷空反射鏡的偏置角。其中，冷空反射鏡的波束指向是指其收集的從冷空背景傳輸過來的輻射信號(hào)的來波方向，輻射信號(hào)再由冷空反射鏡匯聚至饋源。
[0021]S3:計(jì)算饋源的能量分布；
在近場(chǎng)區(qū)域，饋源的能量呈高斯分布。離饋源口面的距離越大，能量值越?。浑x饋源口面距離一定，離饋源中心線越遠(yuǎn)，能量值越小。用電磁場(chǎng)仿真軟件計(jì)算出饋源喇叭口面E上方至冷空反射鏡之間的近場(chǎng)區(qū)域的能量分布。
[0022]S4，計(jì)算冷空反射鏡的輪廓線；
具體的，根據(jù)饋源的近場(chǎng)能量分布，讀取饋源中心線上，距離饋源口面不同高度處的能量值。參考圖2，在XOZ平面上距離饋源口面不同高度(即不同Z值)處，計(jì)算出低于中心線能量28.5-30dB的位置點(diǎn)，即X值；因?yàn)槔淇辗瓷溏R邊緣能量-28.5dB對(duì)應(yīng)的漏射率為0.14%，-30dB對(duì)應(yīng)的漏射率為0.1%，冷空反射鏡的漏射率要求為小于0.15%，考慮到仿真計(jì)算與實(shí)際值的誤差以及在保證漏射率滿足要求的前提下使冷空反射鏡的大小盡可能小的設(shè)計(jì)原則，故邊緣能量控制在在-28.5dB至-30dB比較合適。在得到一組(X，Z)值后，將其擬合成一條直線，該條直線為冷空反射鏡輪廓的截線。將截線繞饋源中心線旋轉(zhuǎn)一周，形成一個(gè)錐體。該錐體與拋物面母體相交部分即是冷空反射鏡的輪廓線。一般情況下，近似將饋源的能量分布看作是圓對(duì)稱的，如饋源能量分布的圓對(duì)稱性較差，則計(jì)算多個(gè)平面上的截線方程，計(jì)算方法與計(jì)算XOZ平面截線方程一樣，最后將多條截線方程擬合成體，與拋物面相交部分即是冷空反射鏡的輪廓線。
[0023]通過以上的設(shè)計(jì)，使得饋源照射冷空反射鏡時(shí)，冷空反射鏡在任意一個(gè)方位向上對(duì)電磁波的遮擋效果相同，冷空反射鏡的邊緣能量與離饋源口面同一高度的饋源中心線上的能量差值相等。這種情況下，整個(gè)冷空反射鏡在防止漏射上的貢獻(xiàn)均勻且最大化，冷空反射鏡的利用率最高，即相同冷空反射鏡尺寸大小，得到最低漏射率。
[0024]在多饋源輻射計(jì)系統(tǒng)中，冷空反射鏡將宇宙冷空背景的低輻射信號(hào)依次收集進(jìn)入各個(gè)饋源通道，此時(shí)應(yīng)選擇波束最寬的饋源作為輸入條件進(jìn)行冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)。
[0025]本發(fā)明通過對(duì)冷空反射鏡進(jìn)行特殊賦形，使冷空反射鏡在對(duì)主天線遙感觀測(cè)不產(chǎn)生物理干涉影響的前提下，降低了到主天線的漏射率，提高了定標(biāo)精度，同時(shí)還減小了冷空反射鏡的空間尺寸。
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，做進(jìn)一步的說明:
按照上述方法，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于新一代多通道掃描微波成像探測(cè)儀定標(biāo)系統(tǒng)的冷空反射鏡。
`[0027]冷空反射鏡仰角為41.1° (即冷空反射鏡口面與饋源口面的夾角)。拋物線方程為(單位mm):
72+Z2 = 4x100x1
冷空反射鏡的偏置角為90° (即冷空反射鏡軸線D與饋源中心線A的夾角)。在以頂點(diǎn)為原點(diǎn)，軸線為X軸的拋物線坐標(biāo)系中，冷空反射鏡的截線方程為Z=L 94*X-279.35 (單位mm)。結(jié)合冷空反射鏡的拋物線B的方程和截線C的方程，設(shè)計(jì)出的冷空反射鏡三維模型如圖1所示。
[0028]為了能體現(xiàn)出根據(jù)本發(fā)明提供的方法獲得的冷空反射鏡的優(yōu)勢(shì)，將其與一般的偏置拋物面反射鏡進(jìn)行比較，如圖3所示。冷空反射鏡的包絡(luò)范圍比較如表1所示(X、Y、Z的方向參考圖2)。IOGHz和18GHz饋源照射時(shí)，冷空反射鏡漏射率的比較如表2所示。
[0029]表1冷空反射鏡的包絡(luò)范圍比較__
也絡(luò)|x方向長(zhǎng)度|y方向長(zhǎng)度|ζ方向長(zhǎng)度
一般拋物面314.8mm 270.0mm 350.0mm
本發(fā)明冷空反射鏡丨285.8mm 丨281.7mm 丨316.5mm "
表2冷空反射鏡漏射率比較
Il射率I IOGHz饋源照射118GHz饋源照射
一般拋物面—0.1353%0.1161%
本發(fā)明冷空反射鏡 |θ.1279%|θ.1056%
由此說明，相對(duì)于一般的偏置拋物面反射鏡，采用本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法獲得的冷空反射鏡的空間尺寸減小了，同時(shí)冷空反射鏡到主面的漏射率也降低了。
[0030]綜上所述，本發(fā)明提供了一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于饋源口面定標(biāo)方式輻射計(jì)中，包括:S1確定冷空反射鏡的拋物線方程，從而獲得冷空反射鏡的拋物面母體；S2:確定冷空反射鏡的偏置角；S3:計(jì)算饋源的能量分布；S4:計(jì)算冷空反射鏡的輪廓線，具體的根據(jù)饋源的能量分布，獲得一條冷空反射鏡的截線，截線繞饋源中心線旋轉(zhuǎn)一周，成為一個(gè)錐體，該錐體與拋物面母體相交部分形成冷空反射鏡的輪廓線。本發(fā)明提供的一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)冷空反射鏡進(jìn)行特殊賦形，使冷空反射鏡在對(duì)主天線遙感觀測(cè)不產(chǎn)生物理干涉影響的前提下，降低了到主天線的漏射率，提聞了定標(biāo)精度。
[0031]本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以以許多其他具體形式實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。盡管也已描述了本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)理解本發(fā)明不應(yīng)限制為這些實(shí)施例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可如所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)作出變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，對(duì)應(yīng)用于饋源口面定標(biāo)方式輻射計(jì)的冷空反射鏡進(jìn)行賦形，其特征在于，包括以下步驟: S1:確定冷空反射鏡的拋物線方程，并根據(jù)所述拋物線方程獲得冷空反射鏡的拋物面母體； S2:確定冷空反射鏡的偏置角； S3:計(jì)算饋源的能量分布； S4:計(jì)算冷空反射鏡的輪廓線，具體的根據(jù)所述饋源的能量分布，計(jì)算出饋源中心線上距離饋源口面不同高度處的能量值；在經(jīng)過饋源中心線的一平面上距離饋源口面不同高度處，計(jì)算出低于中心線能量同一個(gè)能量值的位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，將這些位置點(diǎn)的坐標(biāo)值擬合成一條直線，該直線為冷空反射鏡的截線；所述截線繞饋源中心線旋轉(zhuǎn)一周，成為一個(gè)錐體；所述錐體與所述拋物面母體相交部分形成冷空反射鏡的輪廓線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)冷空反射鏡拋物線焦距對(duì)其相對(duì)于饋源口面仰角的影響，并結(jié)合冷空反射鏡的實(shí)際空間位置約束條件，來選擇冷空反射鏡拋物線的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)冷空反射鏡的波束指向要求來確定冷空反射鏡的偏置角；冷空反射鏡的波束指向與冷空反射鏡的拋物線的軸線平行，又因?yàn)椴ㄊ赶蚺c饋源中心線的角度由冷空反射鏡的具體的安裝位置決定，因此由波束指向與饋源中心線的角度來得到冷空反射鏡的偏置角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)饋源的能量分布的圓對(duì)稱性較差時(shí)，則計(jì)算多個(gè)平面上的截線方程，最后將多條截線方程擬合成一個(gè)體，再用擬合成的體與拋物面母體相交，形成冷空反射鏡的輪廓線，其中多個(gè)平面上的截線方程的計(jì)算方法與S4中的計(jì)算方法相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)冷空反射鏡運(yùn)用于多饋源系統(tǒng)中時(shí)，選擇波束最寬的饋源照射作為輸入條件進(jìn)行冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輻射計(jì)冷空反射鏡的賦形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟S3中，在經(jīng)過饋源中心線的一平面上距離饋源口面不同高度處，計(jì)算出低于中心線能量28.5-30dB的位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，將其擬合成一條直線，該直線為冷空反射鏡的截線。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK103487859SQ201310489611
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】蘇晟, 錢巧元, 謝振超, 史耀強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海航天測(cè)控通信研究所