本發(fā)明涉及微波輻射特性測量
技術領域：
，具體涉及一種微波輻射計背瓣的測量裝置及測量方法。
背景技術：
：微波波段(例如L波段、Ka波段、K波段)具有強穿透性，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)，已成為被動微波遙感反演地表參數(shù)的主要波段。微波輻射計是被動微波遙感系統(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，微波輻射計接收的亮溫往往包含周圍干擾目標的影響，即旁瓣或背瓣造成真實目標輻射亮溫的誤判，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，從而影響著被動微波遙感反演地表參數(shù)的精度。一直以來，在實際測量中往往忽略背瓣的影響，因此如何準確的定量分析微波輻射計背瓣的影響是提高被動微波遙感反演地表參數(shù)的關鍵。技術實現(xiàn)要素：為了定量分析微波輻射計背瓣，本發(fā)明提供一種微波輻射計背瓣的測量裝置及測量方法。本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案如下：一種微波輻射計背瓣的測量裝置，包括底座、固定在底座上的升降臺、與升降臺相連的蓄電池、與升降臺相連的數(shù)據(jù)終端，還包括：微波輻射計，包括分別與蓄電池和數(shù)據(jù)終端相連的微波輻射計接收機、與微波輻射計接收機相連且固定在底座上的微波輻射計天線，所述微波輻射計天線的開口豎直向上設置；固定在升降臺上的液氮箱，所述液氮箱是一個充滿液氮的多孔吸收材料箱；固定在升降臺內(nèi)側(cè)的標尺，用于確定液氮箱與微波輻射計天線開口之間的距離；所述數(shù)據(jù)終端中安裝有運行程序，用于控制升降臺的升降高度和實時記錄微波輻射計接收機的微波輻射測量數(shù)據(jù)。進一步的，所述數(shù)據(jù)終端采用計算機。進一步的，所述微波輻射計，型號為JYR-Ka，頻率為36.5GHz，帶寬為400M。進一步的，所述蓄電池，型號為SAIL-6-QA-195，額定電壓為12V。進一步的，所述標尺的刻度為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，保證微波輻射計天線的開口豎直向；步驟二、利用蓄電池為升降臺和微波輻射計接收機供電，接通升降臺電源，開始升降自檢工作；步驟三、接通微波輻射計接收機電源，開始微波輻射計的預熱工作；步驟四、為了避免旁瓣的影響，計算液氮箱與微波輻射計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)終端中的運行程序控制升降臺的升降高度，使液氮箱與微波輻射計天線開口之間的距離為0，通過標尺進行確定；步驟六、開啟微波輻射計自動測量功能，在0～h距離范圍內(nèi)進行多次測量，通過數(shù)據(jù)終端實時記錄微波輻射計接收機所測量的多個微波輻射亮溫；步驟七、根據(jù)微波輻射傳輸理論，所述微波輻射計接收機通過微波輻射計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表示目標的輻射亮溫，如式(2)所示：TG＝es·TS(2)式中，es為目標發(fā)射率，TS為目標物理溫度；步驟八、通過變換式(1)和式(2)得到微波輻射計天線的輻射效率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背瓣的測量裝置結(jié)構簡單、操作性強、成本低。2、本發(fā)明的測量方法是將微波輻射計天線的開口垂直上向放置，通過數(shù)據(jù)終端中的運行程序控制升降臺的高度，然后在一定的距離范圍內(nèi)通過數(shù)據(jù)終端接收目標輻射亮溫，根據(jù)實測的目標輻射亮溫和估算的目標發(fā)射率，并結(jié)合微波輻射傳輸理論就能夠計算出微波輻射計背瓣的大小。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、計算簡單的優(yōu)點，是測量微波輻射計背瓣的有效方法。3、微波輻射計天線的校準是提高微波輻射計精度的關鍵，本發(fā)明采用冷負載，即將微波輻射計天線對準一個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。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背瓣的測量裝置的結(jié)構示意圖。圖2為實測裸地凍土時微波輻射計天線的輻射效率隨距離(指的是液氮箱與微波輻射計天線開口之間的距離)的變化曲線圖。圖3為實測裸地凍土時微波輻射計背瓣隨距離(指的是液氮箱與微波輻射計天線開口之間的距離)的變化曲線圖。圖中：1、底座，2、升降臺，3、液氮箱，4、微波輻射計接收機，5、微波輻射計天線，6、蓄電池，7、標尺，8、數(shù)據(jù)終端。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的一種微波輻射計背瓣的測量裝置，主要包括底座1、升降臺2、液氮箱3、微波輻射計、蓄電池6、標尺7和數(shù)據(jù)終端8。微波輻射計包括微波輻射計接收機4和微波輻射計天線5，微波輻射計接收機4和微波輻射計天線5相連。底座1位于升降臺2的下方，升降臺2固定在底座1上，底座1主要用于承載微波輻射計天線5。微波輻射計天線5固定在底座1上，并且其開口方向為豎直向上設置。液氮箱3位于升降臺2的上方，液氮箱3固定在升降臺2上，液氮箱3是一個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，是一個良好的吸收體。蓄電池6分別與微波輻射計接收機4和升降臺2相連，用于給微波輻射計接收機4和升降臺2供電。標尺7固定在升降臺2內(nèi)側(cè)，用于確定液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離。數(shù)據(jù)終端8分別與微波輻射計接收機4和升降臺2相連。數(shù)據(jù)終端8采用計算機，計算機中安裝有運行程序，用于控制升降臺2的升降高度和實時記錄微波輻射計接收機4的微波輻射測量數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)終端8中的運行程序控制升降臺2的升降高度，液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離由升降臺2上的標尺7確定，在一定的距離(指的是液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離)范圍內(nèi)通過數(shù)據(jù)終端8接收目標的微波輻射亮溫，根據(jù)實測的目標的微波輻射亮溫和估算的目標發(fā)射率，并結(jié)合微波輻射傳輸理論就能夠計算出微波輻射計背瓣的大小。本實施方式中，升降臺2的負載為100kg。本實施方式中，液氮箱3的尺寸為長*寬*高＝20cm*20cm*20cm。本實施方式中，微波輻射計，型號為JYR-Ka，頻率為36.5GHz，帶寬為400M。本實施方式中，蓄電池6，型號為SAIL-6-QA-195，額定電壓為12V。本實施方式中，標尺7的刻度為0～100cm，精度為0.5cm。本發(fā)明的一種微波輻射計背瓣的測量方法，是基于上述的微波輻射計背瓣的測量裝置實現(xiàn)的，其具體過程如下：步驟一、按照圖1所示，安裝好本發(fā)明的微波輻射計背瓣的測量裝置。步驟二、利用羅盤將底座1、升降臺2、液氮箱3、微波輻射計天線5調(diào)整水平，同時保證微波輻射計天線5的開口方向為豎直向上設置。步驟三、通過蓄電池6為升降臺2和微波輻射計接收機4供電，接通升降臺2電源，開始升降臺2的升降自檢工作。步驟四、接通微波輻射計接收機4電源，開始微波輻射計的預熱工作。步驟五、計算限定高度h(指的是液氮箱3與微波輻射計天線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表示微波輻射計的主波束角。步驟六、打開數(shù)據(jù)終端8，進行升降臺2高度的調(diào)整，即調(diào)整液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離為0cm，此距離可以通過升降臺2上的標尺7進行確定。步驟七、開啟微波輻射計自動測量功能，在0～h距離范圍內(nèi)進行多次微波輻射測量，通過數(shù)據(jù)終端8實時記錄微波輻射計接收機4所測量的多個微波輻射亮溫。步驟八、根據(jù)微波輻射傳輸理論，微波輻射計接收機4通過微波輻射計天線5接收到的微波輻射亮溫TB由三部分構成，可以表示為：TB＝η·TLN+(1-η)·TG(1)式中，η表示微波輻射計天線5的輻射效率，TLN表示液氮箱3中液氮的物理溫度，TG表示目標的輻射亮溫，可以表示為：TG＝es·TS(2)式中，es為目標發(fā)射率，TS為目標物理溫度。變換式(1)和式(2)就可以得到微波輻射計天線5的輻射效率η：η＝(TB-es·TS)/(TLN–es·TS)(3)那么微波輻射計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，是通過微波輻射計測得的，通過測得的TB計算出微波輻射計天線5的輻射效率η，然后再計算出微波輻射計背瓣TBACK。具體實施方式一利用本發(fā)明的測量裝置和測量方法，以Ka波段雙極化微波輻射計為例，測量裸地凍土的背瓣大小。假設液氮箱3的寬度d為20cm，微波輻射計的主波束角α為15°，則利用h＝d/(2*tan(0.5*α))計算限定高度h為75cm，即液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離不能超過75cm。調(diào)整液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離為0cm，開啟微波輻射計自動測量功能，最終選擇0～25cm距離范圍內(nèi)實現(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實時記錄微波輻射計接收機4的微波輻射測量數(shù)據(jù)。測量時在液氮箱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，那么推導出微波輻射計天線5的輻射效率η＝(TB-es·TS)/(TLN–es·TS)＝(256.5-TB)/176.5，繼續(xù)推導得出微波輻射計背瓣TBACK＝es·TS·(1-η)＝256.5(1-η)＝256.5(1-(256.5-TB)/176.5)，則給出TB，就能計算出相對應的微波輻射計背瓣大小。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，實測裸地凍土時，隨著液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離h的增大，微波輻射計天線5的輻射效率η越來越小，變化幅度很小。通過圖3可知，實測裸地凍土時，隨著液氮箱3與微波輻射計天線5開口之間的距離h的增大，微波輻射計背瓣TBACK越來越大，變化幅度很大。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3