一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法与流程

本发明涉及一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，属于空间微波遥感。

背景技术：

1、星载微波辐射计作为一种被动遥感探测技术，其自身不发射电磁波，通过被动接收观测场景和目标的微波辐射能量，再通过反演进而能够对观测场景和目标特性进行确定，在对地观测、海洋探测和大气探测中发挥了重要作用。

2、目前，微波遥感领域常用的星载微波辐射计有传统实孔径辐射计和综合孔径体制辐射计。实孔径辐射计为了实现高分辨的探测，采用反射面结合馈源的形式实现，地面的测试和定标手段通常只能实现馈源端面的测试，而反射面对辐射计系统测量结果的影响无法测量得到，通常是结合仿真的形式进行估算。但卫星发射后，空间环境、反射面热环境等的变化，导致地面获取的定标参数存在误差，无法获取高精度的绝对定标参数。同时，对于综合孔径辐射计而言，其由大型天线阵列实现干涉测量，卫星发射前，在地面测试中难以设计满足要求的定标源或定标场对天线阵列中多个馈源实现高精度的定标。通常采用的解决办法是对接收通道后的链路进行测试，结合天线端的仿真来获取辐射计系统全链路的定标参数。综上，对于微波辐射计而言，无论新体制还是传统体制的辐射计系统，地面定标获取的参数难以真正实现全链路的标定，同时在轨后空间环境的变化会导致系统各项参数发生变化，从而无法满足星载应用中对绝对定标基准的高精度要求。为了实现星载辐射计数据产品的质量提升，需要重点解决绝对定标基准的获取问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，作为在轨提升绝对定标精度的方法。

2、本发明解决技术的方案是：一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，该方法包括如下步骤：

3、获取星载微波辐射计对海洋定标场、南极定标场、冷空定标场的观测功率值以及理论天线视在温度，构建天线视在温度关于辐射计输出功率的方程，通过方程组标定得到星载微波辐射计的参数；

4、将辐射计系统定标系数应用于辐射计观测预设场景时的输出功率，标定得到预设场景天线视在温度，实现绝对基准的定标。

5、优选地，所述理论天线视在温度关于观测功率值的方程如下：

6、

7、其中，为天线视在温度，为辐射计输出功率，、、为待标定的星载微波辐射计的参数。

8、优选地，所述方程组为：

9、

10、其中，为海洋定标场天线视在温度，为南极定标场天线视在温度，为冷空定标场天线视在温度，为海洋定标场星载微波辐射计输出功率，为南极定标场星载微波辐射计输出功率，为冷空定标场星载微波辐射计输出功率。

11、优选地，所述海洋定标场通过如下方法确定：

12、卫星在轨后，当辐射计观测地球时，统计重访周期内星载微波辐射计指向海洋场景时输出的功率，选择输出功率极小值时的观测场景作为海洋定标场。

13、优选地，当星载微波辐射计观测海洋定标场场景时，星载微波辐射计在天线坐标系每个角度下的海洋定标场亮温分布视为：

14、

15、其中，为俯仰角，为方位角；

16、天线视在温度根据天线功率方向图以及海洋定标场亮温分布计算得到：

17、

18、其中，为俯仰角的步长，为方位角的步长。

19、优选地，所述南极定标场为南极dome-c区域。

20、优选地，当辐射计天线在观测南极定标场时，星载微波辐射计在天线坐标系每个角度下的南极定标场亮温分布为：

21、

22、南极定标场场景的理论天线视在温度为：

23、

24、其中，为俯仰角的步长，为方位角的步长。

25、优选地，当辐射计天线在冷空观测定标场时，星载微波辐射计在天线坐标系下角度指向冷空场景时，冷空定标场亮温分布从天文台发布亮温数据中获取，角度指向地球上海洋时，冷空定标场亮温分布设置为100k，角度指向陆地时，冷空定标场亮温分布设置为250k；

26、冷空定标场天线视在温度根据天线功率方向图以及冷空定标场亮温分布计算得到：

27、

28、其中，为俯仰角的步长，为方位角的步长。

29、优选地，俯仰角的取值范围为0~180°，方位角的取值范围为0~360°，每隔0.1°取一个值。

30、优选地，天线功率方向图，通过在实验室测试得到。

31、本发明与现有技术相比的有益效果是：

32、（1）、本发明利用星载微波辐射计在轨观测过程中筛选出海洋、南极和冷空共三个场景作为定标场，定标场具有亮温已知且极稳定的特征，可实现高精度的定标。

33、（2）、本发明采用的定标场数据是基于辐射计系统实测数据开展的，实现了系统全链路绝对基准的定标，区别于传统的分步测试加仿真的方法，有利于对其他观测数据系统化的标定。

34、（3）、本发明通过统计星载微波辐射计重访周期内的样本数筛选出极稳定的海洋定标场，具有样本多样性以及全覆盖的特征，消除了样本数过少引入极值定标场筛选不准确的问题。

35、（4）、本发明在海洋、南极以及冷空这三个定标场亮温分布的获取中，充分考虑辐射计天线方向图的分布特征以及定标场的亮温分布特征，主波束范围内进行高精度亮温建模，在辐射计天线能量较弱的区域用常值来替代，对绝对基准定标的精度影响极小，有效提升了定标的效率。

1.一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，所述理论天线视在温度关于观测功率值的方程如下：

3.根据权利要求2所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，所述方程组为：

4.根据权利要求1所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，所述海洋定标场通过如下方法确定：

5.根据权利要求4所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，当星载微波辐射计观测海洋定标场场景时，星载微波辐射计在天线坐标系每个角度下的海洋定标场亮温分布视为：

6.根据权利要求1所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，所述南极定标场为南极dome-c区域。

7.根据权利要求6所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，当辐射计天线在观测南极定标场时，星载微波辐射计在天线坐标系每个角度下的南极定标场亮温分布为：

8.根据权利要求1所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，当辐射计天线在冷空观测定标场时，星载微波辐射计在天线坐标系下角度指向冷空场景时，冷空定标场亮温分布从天文台发布亮温数据中获取，角度指向地球上海洋时，冷空定标场亮温分布设置为100k，角度指向陆地时，冷空定标场亮温分布设置为250k；

9.根据权利要求5、7、8任一项所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，俯仰角的取值范围为0~180°，方位角的取值范围为0~360°，每隔0.1°取一个值。

10.根据权利要求9所述的一种星载微波辐射计的三极值绝对基准定标方法，其特征在于，天线功率方向图，通过在实验室测试得到。