星载毫米波亚毫米波辐射计定标的初步研究

星载微波辐射计采用平方律检波,物体的辐射功率与接收机的输出电压成线性关系。因此星载微波辐射计采用高低温两点定标。其中高温定标源采用处在环境温度下的黑体,低温定标源为冷空背景辐射。由Rayleigh-Jeans公式计算的物体的辐射功率与其物理温度成线性关系,但是随着物体频率的升高,Rayleigh-Jeans公式与Planck定律的近似误差越来越大,此时应根据Planck定律计算物体的辐射功率。从Planck定律出发,对毫米波、亚毫米波辐射计的定标方程进行了推导,并给出了高低温定标源的辐射功率在毫米波和亚毫米波段的表达式。

用于定标海表测温辐射计的镓黑体辐射源

设计了镓黑体对海表测温辐射计进行定标。首先,介绍了该黑体的结构与工作原理,对黑体发射率进行仿真,并开展发射率的测量实验,讨论其不确定度的来源。然后,开展了电加热和水浴加热下镓的相变复现实验,讨论电加热功率对镓相变复现的影响。最后,通过红外海面温度自主辐射计实验对该黑体进行验证。结果表明:该黑体基于蒙特卡罗软件仿真的发射率优于0.9988,实验测得的黑体辐射源发射率结果与仿真结果较为吻合,测量重复性(标准偏差)达0.1%;相变温度坪台的复现性均优于±0.03 K;相变温坪附近时,红外海面温度自主辐射计和FLUKE 1524测温仪测得的黑体腔附近温度的数据差值均在±0.15 K以内。设计的镓黑体可以应用到海表测温辐射计进行校准,为发展自主知识产权的海表测温设备提供校准源。

近红外大气吸收波段太阳辐射计定标

用通用大气辐射传输软件CART模拟了POM02太阳辐射计的1020nm、1627nm和2200nm等3个近红外通道的大气透过率特性。结果表明,前两通道处于大气非吸收波段,其透过率很好的遵从Beer-Lambert定律,而2200nm通道则有较强的吸收,吸收光学厚度随大气质量的变化服从指数分布,与Beer-Lambert定律有一定的偏差,其定标需采用改进的Langley法。通过选取好天的5个定标实例证明,采用改进的Langley法定标2200nm通道,可提高其透过率测量精度约3.8%。

星载微波辐射计在轨定标测温电路不确定度分析

星载微波辐射计为了校正天馈系统噪声温度对观测目标亮温的贡献,在轨运行时,需要对天线、波导和开关的温度进行实时监测。本文介绍并分析了一种微波辐射计的在轨定标测温电路。该电路测温范围在-100℃～50℃,测温精度可以达到0.1℃。测温电路主要由铂电阻温度传感器、惠斯通电桥、电压放大电路和A/D转换电路构成。为了保证测温电路的稳定性,该电路选用两个标准电阻对放大电路进行标定。本文还建立了测温电路的测温模型,分析了测温方程中各个电阻对测温结果的影响,确定了电路中的电阻选取标准,进一步指导了测温电路的设计。

紫外增强型电学定标热释电辐射计ECPR的研制

本文研究了一种新型紫外增强型的电学定标热释电辐射计,该辐射计由测量电路、高稳定光学斩波器和紫外增强型热释电探头组成,其中测量电路包括模拟和数字2部分,模拟部分主要功能是实现光电信号的放大、跟踪和匹配,数字部分实现对电功率的测量、修正以及对系统的控制。文中讨论了ECPR的基本原理、系统组成、实现的功能以及修正需要考虑的误差来源等。

敦煌辐射校正场对地辐射计现场定标研究及应用

针对实验室定标周期长、长途运输影响定标精度等问题,开展了通道式辐射计ATR的现场定标方法研究。在SRBC现场定标中引入超光谱辐照度仪自动观测数据来计算天空漫射照度,利用SRBC法计算了定标系数和地表反射率,将其与人工利用ASD型光谱仪测量的地表反射率进行对比,并对地表反射率计算的不确定度进行分析。研究结果表明,SRBC法定标系数计算的ATR反射率与ASD型光谱仪测量的相对偏差优于1.4%,反射率计算不确定度优于2.78%~4.35%,SRBC法在实际应用中具有较高的精度和系统优势。将SRBC定标系数应用于卫星自动化替代定标,近3年的自动化替代定标结果与AQUA/MODIS星上定标系数具有很好的一致性,各通道单次定标相对偏差基本在5%以内,平均百分偏差优于3.58%,能很好监测跟踪卫星载荷的运行情况,验证了SRBC法的有效性和适用性。

8mm大气辐射特性的测量与分析

利用 8 mm辐射计对 8月份几种天气情况 (晴、多云、阴 )进行观测实验 ,统计结果表明多云和阴天对 8mm辐射计的亮温有明显影响。利用辐射计观测的天空温度对云中液态水总量的变化进行了反演 ,同时计算了大气衰减及液态水总量 ,并对误差做了分析。

红外辐射特性校准技术研究进展

红外辐射特性测试在军民领域应用广泛,尤其是对于军用武器装备对抗红外探测打击意义重大。因此,针对提高红外辐射特性测试精度的校准技术成为研究重点。本文从标准黑体辐射源、校准方法和辐射计定标技术三个方面,简述国内外的研究进展。对研究涉及得到计量校准方法和成果进行论述比较,为相关人员提供技术参考,并提出今后的研究方向。

3mm波段天空亮温计算与测量

在毫米波被动探测中,金属目标往往是被探测的对象。金属的发射率近似为零,它几乎全部反射来自天空的辐射能量。建立了晴天时的天空亮温计算模型,在3mm波段计算了天空亮温。在几种典型天气条件(晴天、多云、阴天、降雨)下对天空亮温进行了实验测量。测量结果表明,晴天时的天空亮温计算模型是可行的,天空亮温随天气条件而变。晴天时,随着温度和湿度的增加,天空亮温明显增大;晴天淡云对天空亮温的影响较小;阴天时的浓云层对天空亮温的影响显著;降雨对天空亮温的影响最大。

基于单片机控制的ECPR光功率数据采集系统

电定标热释电辐射计ECPR(Electrically Calibrated Pyroelectric Radiometer)是测量光辐射功率的一种高精度电替代绝对辐射计ESR(Electrical Substitution Radiometer),它通过使用光信号加热热释电表面和电加热热释电器件表面相等效的基本原理,通过测量电加热的功率值,并通过误差测量和分析加以修正该测量值,从而得到光功率值。它将光功率的测量标准溯源到电功率的标准上来,这样测量具有很高的精度。通常可以达到1%的不确定度。介绍了利用单片机和A/D器件等构成的光电信号采集系统,通过该系统可以测量由光功率等效成的电功率,从而获得光功率值。

基于ECPR的紫外探测器绝对光谱响应测试系统

在研制电定标热释电辐射计(electrically calibrated pyroelectric radiometer,ECPR)的基础上,设计和研制了紫外探测器绝对光谱响应测试系统。系统由紫外光源、光栅单色仪、移动探测器平台、弱信号检测仪器以及计算机和软件组成。测试采用参考探测器和待测探测器的光谱响应度比较的方法完成,能够直接获得紫外探测器绝对光谱响应。整个系统具有自动化和操作方便以及精度高的特点,为紫外光谱绝对测量提供了一种解决方案。

有源微波冷噪声源的原理及其应用分析

有源微波冷噪声源是一种新型微波噪声源部件,其以场效应管作为核心噪声发生元件,能够在常温环境下输出极低的噪声温度,是为微波辐射计提供低温定标参考点的理想装置。在介绍国内外有源微波冷噪声源技术发展现状和特点的基础上,分析了有源微波冷噪声源的工作原理和关键技术。提出了一种有源微波冷噪声源设计方法,重点分析了设计过程中的关键环节对噪声源性能产生的影响。采用pHEMT型场效应管研制了L波段有源微波冷噪声源器件,并给出了有源微波冷噪声源作为微波辐射计噪声源的应用方案。

FY-3D微波成像仪非线性特征及计算方法优化

风云三号D星(FY-3D)微波成像仪采用10.65 GHz、18.7 GHz、23.8 GHz、36.5 GHz和89.0 GHz双极化通道对地表辐射信息进行测量,定标精度会直接影响遥感数据的准确性。影响定标精度的主要因素之一是成像仪系统的非线性特征,用物理参数-非线性系数表示。所以准确计算非线性系数是地面热真空定标试验的主要目的之一,在95-298 K范围内设置不同变温源温度点,每一个温度点对应一个非线性系数,这些非线性系数的平均值即是系统最终的非线性系数值。受系统原理和试验条件的限制,计算平均值时需要确定变温源温度的有效范围,目前使用的范围确定方法是设计师首先依据经验提出几组可能的温度范围,然后对比每个范围的定标结果,选出最优的温度范围。显然,这种方法很容易受到人为因素的影响,而且由于不具备遍历所有温度范围的试验条件,无法确定每个变温源温度点的有效性。为了准确获得非线性系数值,首先通过分析热真空定标试验数据证明非线性系数与场景亮温无关,然后提出了一种优化计算方法,采用t准则确定有效范围得到非线性系数值。对比优化前后两种方法的结果表明,新方法的非线性亮温拟合残差的平均值和标准差值以及非线性亮温的最大拟合值都减小了。由此可见,新方法在计算非线性系数时可以获得更准确的变温源温度范围,可以优化非线性亮温的拟合效果,并且将定标精度提高0.04 K,优化效果在10 GHz接收机以及环境温度较高时尤为明显。