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专利名称：探月卫星微波探测仪的星上定标方法
技术领域：
本发明涉及一种仪器定标的方法，特别是涉及一种改进的适用于探月卫星微波探 测仪的星上定标方法。
背景技术：
微波探测仪(辐射计)是一种接收和记录物质自身发射的低电平随机微波噪声辐 射的高灵敏度接收机。它具有灵敏度高，自身功率小等特点。微波探测仪是一个线性系统， 为保证探测结果的准确性和可靠性，微波探测仪以在轨两点定标方式工作。高温定标源采 用实时测温的匹配负载提供高温定标参考，低温定标源采用定标天线获取冷空的背景辐射 亮温作为低温定标参考。高、低温定标参考确定微波探测仪的定标方程。微波探测仪观测 天线获取的月壤微波辐射亮温由定标方程实现准确定标。通常星载微波辐射计的基本定标分为二个阶段第一阶段是发射前在地面的定 标，第二阶段是星上定标。其中星上定标是为了保证星载微波辐射计能够在太空中长期稳 定地工作，通常采用周期两点定标的方式。原则上，星上两点定标要求实时获得冷空和热源的亮温，用它们作为输入条件来 对观测支路的电压进行标定，以获得观测天线的噪声温度。在前期的微波探测仪数据处理 模型中，冷空背景亮温预设为2. 7KelVin(宇宙微波背景辐射，单位为Kelvin)，此时的冷空 背景亮温为理想值。在实际的情况中，冷空背景亮温可能会受到射电源辐射的影响。根据已有技术，微波探测仪定标就是用微波探测仪去接收一个微波辐射特性精确 已知的定标源的辐射信号，以确定出探测仪电信号输出与接收到的辐射量值之间的定量关 系。如果微波探测仪接收机的线性度(探测仪电信号输出与接收到的辐射量值之间是线性 关系)能够保障，那么根据“两点决定一条直线”的原则，就可以采用所谓两点定标法。微波探测仪的微波接收机是线性系统，可用如下方程描述Vout = aTIN+b(1)式中V。ut是接收机的输出电压，Tin是接收到的被测亮温信号，a和b是待定系数。 对微波接收机来说，a主要对应微波接收机增益，b主要与微波接收机本机噪声和增益有 关，二者都是随时间变化的缓变量。对于星上两点定标而言，微波探测仪仪器可以分为三 路，其中两路为定标支路，一路为观测支路。两条定标支路中一支使用热负载作为定标源， 称为高温源。另一支路中使用定标天线指向太空作为定标源，称为低温源。这两个定标源 的亮温Tin是已知的。两路定标支路分别输入已知的Tin，得到接收机输出的V。ut，带入式(1)组成方程组 求出系数a和b，然后将系数应用于观测支路，就可以利用观测支路输出的电平值V。ut求出 观测支路的输入亮温TIN。这是两点定标的基本原理。用公式表示即为(c表示低温定标支 路，h表示高温定标支路，A为观测支路)
权利要求
一种探月卫星微波探测仪星上定标方法，该方法包括以下步骤步骤1，确定月球星空周围的定标干扰源及其辐射特性；步骤2，确定所述定标干扰源与定标天线之间的相对位置关系；步骤3，根据地面测量数据，拟合三维定标天线方向图，获得天线归一化辐射方向图；步骤4，根据所述天线归一化辐射方向图和所述定标干扰源的辐射特性以及所述相对位置关系计算定标天线口面温度；步骤5，将所述定标天线口面温度作为冷空背景亮温，确定定标方程。
2.根据权利要求1所述的方法，步骤3中获得天线归一化辐射方向图是通过将主波束 范围内的方向图数据输入到拟合程序里进行三维曲面的拟合得到的。
3.根据权利要求2所述的方法，步骤3进一步包括所述方向图数据按照(θΕ，0，Ζ)和 (0，ΘΗ，ζ)的格式输入到拟合程序里，其中(ΘΕ，0，Ζ)表示E面测量时的方向图数据，ΘΕ 表示E面测量时目标源和主轴的夹角，(0，ΘΗ，Ζ)表示H面测量时的方向图数据，ΘΗ表示 H面测量时目标源和主轴的夹角，Z值表示方向图数值Fn。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3进一步包括采用高斯曲面进行拟
5.根据权利要求4所述的方法，步骤3进一步包括通过以下步骤来获取Fn(θ Ε，ΘΗ)1)确定所述拟合中采用的定标天线的主波束天线方向图方程
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于步骤4进一步包括定标天线口 面温度通过下式获得
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤5中的定标方程为
8.根据权利要求6任一项所述的方法，其特征在于，步骤2进一步包括 构建定标天线在月心惯性系下的观测矢量；构建各射电源在月心惯性系下的位置矢量；根据定标天线在月心惯性坐标系下的观测矢量以及各射电源在月心惯性系下的位置 矢量，确定射电源和定标天线的矢量夹角。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于如果射电源和定标天线主轴夹角的大小 定标天线主瓣宽度，则射电源进入定标天线主瓣，射电源的辐射产生对应的定标天线口面 温度。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于构建定标天线在月心惯性系下的观测矢量进一步包括根据微波探测仪的几何参数、安装参数构建在卫星本体坐标系下的观测矢量； 构建卫星本体坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵； 构建卫星轨道坐标系到月心惯性坐标系的转换矩阵； 构建卫星本体坐标系到月心惯性坐标系下的转换矩阵；将卫星本体坐标系下的定标天线观测矢量转换为月心惯性坐标系下的观测矢量。
全文摘要
本发明公开了一种探月卫星微波探测仪星上定标方法，该方法包括以下步骤确定月球星空周围的定标干扰源及其辐射特性；确定所述定标干扰源与定标天线之间的相对位置关系；根据地面测量数据，拟合三维定标天线方向图，获得天线归一化辐射方向图；根据所述天线归一化辐射方向图和定标干扰源的辐射特性以及所述相对位置关系计算定标天线口面温度；将所述定标天线口面温度作为冷空背景亮温，确定定标方程。该方法在定标过程中因为对受射电源辐射影响的数据进行了分析，使得定标结果更加精确客观，在此基础上能够获得更加客观的月面亮温数据。
文档编号G01V3/12GK101975971SQ201010297349
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者刘建忠, 封建青, 张喜镇, 张洪波, 苏彦, 边伟 申请人:中国科学院国家天文台