8mm测量辐射计定标方法的研究

引言

定标是微波辐射计进行绝对测量的重要步骤之一,通过定标确定辐射计输出电压与输入噪声温度之间的线性关系式.在天体射电流量测量,大地和大气遥感测量,目标微波辐射特性测量等许多方面,都得通过定标确定未知量.由于定标精度直接影响测量精度,因此提高定标精度成为绝对测量研究的主要课题.定标的研究主要包括两个方面:一是定标方法研究,二是提高定标设备的精度和稳定度.在定标过程中,采用一些技术途径尽量减小环境因素和定标设备引入的误差,特别是在有些因素无法避免的境况下,通过定标使它们相互消除或补偿,以致不影响定标结果,这是定标方法发展的方向.在现在应用中,主要采用的定标方法有两种:一种是分项定标法[1],另一种是口面定标法[2].由于口面定标法具有比较优良的性能[3],在遥感测量中得到了广泛的应用.定标设备(如定标源)的参数精度和稳定度直接影响定标精度,提高这些参数的精度也是定标研究的主要内容之一.在本文8mm测量辐射计中,采用一种新的定标方式,由噪声源通过定向耦合器给接收机注入一跳变的噪声温度,得到“增量标尺”;此外,用标准匹配负载作基准标尺.两者结合构成绝对定标标尺.从本文的分析可见,这种定标方法可消除辐射计系统中一些不利因素的影响,提高了定标精度.

1　辐射计系统组成

8mm测量辐射计的原理框图如图1所示.它由天线、定标子系统、接收机和控制与数据采集子系统等构成.辐射计采用全功率型.定标子系统由参考负载、PIN开关、定向耦合器和噪声源等组成.控制与数据采集子系统由A/D变换器、D/A变换器和PC计算机等组成.控制与数据采集子系统采集接收机输出电压,并进行数字积分和数据处理等.此外,由它实现中频放大器增益控制、本机噪声直流自动补偿、噪声源点灭、PIN开关控制等功能.

　天线接收到的信号和参考负载信号通过由PC机控制的PIN开关可交替地接入到接收信道,在定向耦合器中与噪声源注入的噪声(当噪声源点燃时,注入的是高温噪声,而当噪声熄灭时,注入的是低温噪声)叠加一起,然后经隔离器传输给混频器.混频器输出的中频信号经过中频放大器放大、检波器检波、低频放大器放大及直流补偿、预积分,最后由A/D转换成数字量传输到PC机,在PC机中进行数字积分和处理,反演视场的天线温度.由于辐射计采用全功率型接收机,且接收机工作在线性状态,以隔离器的输入端为参考面,辐射计的输出电压与输入的噪声温度关系为[4]:

U=Gs(Tin+Trec) -Uoffset, (1)

式(1)中U为辐射计的输出电压(单位:V),Gs是辐射计的增益因子,Tin是它的输入噪声温度(单位:K),Trec是接收机的等效噪声温度(单位:K),Uoffset是直流补偿电压(单位:V).当输入噪声温度为基准信号Ts,辐射计输出电压为: