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《PartII微波輻射計(jì)基本原理》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第二講地基微波輻射計(jì)的基本原理基本概念天線溫度微波輻射計(jì)工作原理輻亮度與天線在內(nèi)的發(fā)射功率為定義輻射強(qiáng)度接收面元：輻亮度B(Radiance)：?jiǎn)挝惠椛湓幢砻娣e、單位時(shí)間、向單位立體角所輻射的能量，單位為Wm-2sr-1.接收面元： 設(shè)想在距離R處，有一接收面，如下圖左半，剛好卡在內(nèi)或接收面所接收到的功率天線接收功率的計(jì)算天線接收到的功率為：為天線的方向性函數(shù)天線的頻率響應(yīng)：頻響函數(shù)定義帶寬：時(shí)的頻率范圍，稱為帶寬，也叫半功率帶寬。天線接收到的功率為：或者天線溫度與氣象信號(hào)天線溫度在電子線路中，溫度為T(mén)的電阻,產(chǎn)生輸入到系統(tǒng)的熱噪聲功率為。天線輸出其后端接收機(jī)的功率,
2、相當(dāng)于一個(gè)溫度為T(mén)e的電阻所產(chǎn)生的熱噪聲功率。所以，Te就稱為“天線溫度”。天線溫度：天線溫度不是天線自身的物理溫度，而是代表外來(lái)能量。輻射計(jì)系統(tǒng)：——天線＋傳輸線＋接收機(jī)天線：物理溫度，有損耗即“有吸收就有熱輻射”，功率透射系數(shù)。天線端口輸出功率：其中，傳輸線：物理溫度通常也是，信號(hào)損耗因子?1。理想傳輸線L=1;接收機(jī)：現(xiàn)實(shí)接收機(jī)＝無(wú)噪聲接收機(jī)＋等效熱噪聲源稱為系統(tǒng)噪聲功率，相當(dāng)于在傳輸線的輸入端口（就是天線的輸出端口）輸入的總功率。記接收機(jī)等效熱噪聲溫度Tr,則在接收機(jī)輸入端口處的功率可表示為：其中，稱為系統(tǒng)噪聲溫度TypicalAntennaPowerPatt
3、erns主瓣內(nèi)，與方向無(wú)關(guān)，可用表示。（?0，?0）為天線指向。由天線溫度表達(dá)式可知，天線方向性函數(shù)即，天線溫度成為從天線所指方向射入天線的亮溫度。這就是我們所要的信息，代表（?0，?0）方向上被測(cè)目標(biāo)物的輻射狀態(tài)（如物理溫度，輻射物質(zhì)含量等）。地基微波輻射計(jì)的基本原理微波輻射計(jì)被動(dòng)地測(cè)量目標(biāo)物在某個(gè)頻率附近發(fā)射的熱輻射功率。大氣物理學(xué)院大氣探測(cè)系地基微波輻射計(jì)系統(tǒng)框圖接收機(jī)輻射計(jì)本振頻率，中頻為，因此進(jìn)入天線可以被測(cè)量的微波頻率可以是微波輻射計(jì)的工作頻率，或是單信道接收機(jī)：射頻單元（天線到射放）只工作在或雙信道接收機(jī)：射頻單元需同時(shí)工作在這樣，接收功率大但對(duì)射放要求
4、高具有隨機(jī)熱噪聲的性質(zhì)，要測(cè)量它在一定時(shí)間內(nèi)的積分，才能取出穩(wěn)定的振幅，作為“信號(hào)”功率，使得系統(tǒng)的增益稱之為輻射計(jì)系統(tǒng)的增益。系統(tǒng)的靈敏度為輻射計(jì)系統(tǒng)的帶寬，為積分時(shí)間。全功率輻射計(jì)與Dicke輻射計(jì)1)全功率:天線連續(xù)接收外來(lái)熱輻射(不是脈沖式的)。問(wèn)題:系統(tǒng)增益若不穩(wěn)定，則破壞了與的確定關(guān)系。2)Dicke輻射計(jì):脈沖式的接收外來(lái)輻射。全功率輻射計(jì)與Dicke輻射計(jì)Dicke開(kāi)關(guān)交替地接通1、2兩端，在已知參考負(fù)載溫度TR的情況下，利用兩個(gè)輸出VOA和VOB來(lái)（1）解決增益不穩(wěn)定性的影響。VOA=kGsTA，VOB=kGsTR，假設(shè)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)穩(wěn)定，則TA=
5、TR*VOA/VOB，則與增益是否穩(wěn)定無(wú)關(guān)?。?）解決接收機(jī)內(nèi)部噪聲Tr和增益不穩(wěn)定性的影響。VOA=kGs(TA+Tr)VOB=kGs(TR+Tr)假設(shè)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)穩(wěn)定，則兩信號(hào)之差D=k(TA-TR)與噪聲Tr無(wú)關(guān)，可以從中獲得被測(cè)TA。若能調(diào)整TR的值，使得兩信號(hào)之差D=0，則得TA=TR，則與增益是否穩(wěn)定無(wú)關(guān)！稱此為平衡式Dicke輻射計(jì)。與增益是否穩(wěn)定有關(guān)!輻射計(jì)的定標(biāo)輻射計(jì)接收機(jī)所得功率Ｐ(或)與（即）成線性關(guān)系：其中系數(shù)a、b為與輻射計(jì)系統(tǒng)性能和環(huán)境溫度有關(guān)的系數(shù)。可通過(guò)輻射計(jì)系統(tǒng)定標(biāo)來(lái)確定。（1）實(shí)驗(yàn)室方法高低溫負(fù)載法:把天線（或其傳輸線輸入口）
6、放在恒溫槽內(nèi)，則，觀測(cè)P隨T的變化，可得的關(guān)系。（2）晴空外場(chǎng)法自然定標(biāo)法:把天線放在外場(chǎng),取晴朗夜晚、靜風(fēng)，施放探空儀得Ｔ(Z)、?(Z)。由輻射傳輸方程（后面介紹）可計(jì)算出在不同仰角時(shí)的值。改變天線仰角可得相應(yīng)的讀數(shù),計(jì)算回歸系數(shù),即可得。MeasureoutputvoltagesV1andV2fromtwoblackbodytargetsattemperaturesT1andT2Cautions:Needhighemissivitytarget(lowreflectivity)UniformtemperaturethroughouttargetArealarg
7、eenoughtocovermorethanmainbeamLN2TARGETPLACEDONRADIOMETRICSMWRONARMSGPFIELDSITELN2TARGETPLACEDONRADIOMETRICSMWRONARMTWPNAURUFIELDSITELiquidNitrogencalibrationofmicrowaveradiometersRadiosondeHumiditySoundingsandMicrowaveRadiometersduringNauru99,E.Westwater,B.Stankov,D.Cimini,Y.H
