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1、萬方數(shù)據(jù)第22卷第2期2007年4月遙感技術(shù)與應(yīng)用REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICATl0N礦DZ．22ND．2以pr．2007微波輻射計接收機的逆向輻射噪聲對天線定標(biāo)的影響仿真李志平，趙冬末，苗俊剛(北京航空航天大學(xué)電磁工程實驗室，北京100083)摘要：基于有限積分算法，仿真計算了微波輻射計接收機的逆向輻射噪聲溫度對于接收天線口面的附加溫度，并根據(jù)CST仿真軟件計算結(jié)果，對照給定的簡化理論模型，具體分析了微波輻射計逆向輻射噪聲溫度微波輻射計定標(biāo)桶罩以及天線口面位置的影響。關(guān)鍵詞：逆向輻射；亮溫；定標(biāo)中圖分類號：T
2、P732．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004一0323(2007)02一0268一04引言微波輻射計定標(biāo)[1]，即用微波輻射計接收輻射特性已知的定標(biāo)源的輻射信號來精確構(gòu)造出接收機電信號的輸出與天線口面溫度之間的關(guān)系。它直接影響到微波輻射計的測量精度，是輻射計應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，微波輻射計定標(biāo)有兩種思路，整體定標(biāo)法和分步定標(biāo)法[2]。所謂分步定標(biāo)法，包含接收機定標(biāo)及天線定標(biāo)，分別建立接收機的輸出指示與接收機輸入端噪聲溫度的關(guān)系及建立輻射計天線接收的噪聲溫度與天線輸出的噪聲溫度的關(guān)系。所以在定標(biāo)中精確確定天線接收亮溫就顯得尤為重要。微波輻射計定標(biāo)
3、源大都采用回波損耗比較大的微波吸收材料制成。在這種情況下，天線接收到的亮度溫度由兩部分組成：一部分是定標(biāo)源的輻射經(jīng)過定標(biāo)桶的多次反射經(jīng)天線接收的貢獻(xiàn)，另一部分是由于接收機本身存在一定的噪聲溫度，該噪聲通過接收天線逆向輻射到定標(biāo)桶中，經(jīng)定標(biāo)桶及定標(biāo)源反射再次被天線接收的附加亮溫。第二部分由于定標(biāo)源的非理想性及接收機的逆向輻射的噪聲造成的影響也是不可忽視的。2理論模型及計算思路2．1理論模型將微波輻射計定標(biāo)源黑體置于液氮中，使定標(biāo)源保持80K的物理溫度。為了防止外來電磁波的干擾，將定標(biāo)源置于金屬筒罩中。定標(biāo)時，微波輻射計天線置于金屬筒罩底端并正對定標(biāo)源
4、‘31。如圖1所示。圖1微波輻射計定標(biāo)模型Fig．1MicrOwaveradiOmetercalibratormodel2．2模型理論分析由于定標(biāo)源黑體不是理想的黑體，入射到定標(biāo)源表面的電磁波大部分被其吸收并全頻段輻射出去，但仍然存在一部分的電磁波被黑體反射。所以，接收機的噪聲溫度通過接收天線逆向輻射到定標(biāo)源黑體的噪聲會被定標(biāo)源反射經(jīng)過金屬筒罩的多次反射后再次被天線接收，成為逆向輻射噪聲溫度的一部分貢獻(xiàn)。另外，在天線口面也存在一定的反射，由于接收機的帶寬一般在50M左右，微波輻射計的收稿日期：2006一12一ll；修訂日期：2007—03一09作者
5、簡介：李志平(1982一)，女，博士研究生，主要從事微波輻射計黑體定標(biāo)研究。萬方數(shù)據(jù)第2期李志平等：微波輻射計接收機的逆向輻射噪聲對天線定標(biāo)的影響仿真269頻率選在10GHz以上，相對帶寬小于5×10～，可以作為單頻信號處理。則在天線接收口面上，逆向輻射的噪聲直接被天線口面反射的部分與經(jīng)過定標(biāo)源黑體反射然后再次被天線接收的部分具有相關(guān)性，對于天線口面的接收亮溫也有一定的影響[4]。設(shè)接收機逆向輻射場為E，經(jīng)天線口面直接反射回的部分為E。，經(jīng)定標(biāo)源黑體反射再次被天線接收部分為E：，則：E1=IrlElexp(徊1)(1)E2一l(1一r})r2Ele
6、xp(扣2)(2)則天線口面處接收到的總的附加場為：由于E丁一E1+E2P66=足T△廠(3)(4)其中：丁為理想黑體的物理溫度，△廠為測量系統(tǒng)帶寬，忌為波爾茲曼常數(shù)?？梢?，天線接收功率(熱燥聲功率)與黑體的熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系是線性的。這種一一對應(yīng)的線性關(guān)系使得在描述噪聲功率時，既可以用功率來度量，也可以用溫度來度量。在微波輻射測量中廣泛應(yīng)用溫度代替噪聲功率的大小‘引。按照瑞利一金斯近似式，當(dāng)帶寬△廠很窄時，溫度為丁的黑體的亮度為：B砧一B，△廠一簪△廠(5)實際物體的亮度可以通過亮溫表示為：B(口，力一警丁B(口，穢△廠(6)其中：丁e(口，咖
7、為實際物體的亮度溫度，是空間角度的函數(shù)。對于均勻等溫物質(zhì)的表面，將它的亮度與同一溫度下黑體亮度的比值定義為表面的發(fā)射率e(口，咖，則：礎(chǔ)護(hù)掣=半㈩由式(4)、(5)、(6)、(7)可得：P=正e丁△，(8)將式(3)兩邊平方，得到的由于接收機的逆向輻射造成的天線接收的附加亮溫啪：To。一丁。[r}+(1一r})2r；+2rlr2(1一r；)cos圣](9)其中：r，為接收天線的反射系數(shù)，r。為定標(biāo)源的反射系數(shù)，丁mn為接收機的逆向輻射的等效噪聲溫度，①為直接口面反射與經(jīng)定標(biāo)源反射的兩反射波的相位差。2．3CST仿真分析2．2中僅僅考慮的是定標(biāo)源不是
8、理想黑體，其發(fā)射率不為1，接收機的逆向輻射噪聲經(jīng)定標(biāo)源的反射及天線口面的反射的影響，而沒有考慮定標(biāo)的金屬筒罩對于天線定標(biāo)的
