静止轨道微波辐射计在轨冷定标方案初探

地球静止轨道微波辐射计利用大气吸收频段对温湿度廓线探测,辐射计在轨采用冷空作为低温定标源。当反射器指向冷空获取宇宙背景辐射亮温时,太阳或其他星体会进入冷空观测视场,由于其亮温远远高于冷空辐射亮温2.73 K,一旦进入会严重影响冷空观测值。为充分有效利用辐射计观测数据,本文主要分析最大影响源太阳对冷空观测亮温的影响,初步给出一种静止轨道微波辐射计冷定标方案,使冷空观测亮温与背景标准值的最大偏差降低至0.04 K,同时也分析了月球和卫星本体等因素对冷空观测亮温的影响。     

数字全极化微波辐射计系统设计与定标分析

海洋风场是海洋与大气作用的重要参数之一。全极化微波辐射计是一种新型的微波遥感器。数字全极化微波辐射计采用多路数字相关技术,对水平和垂直极化信号进行相关处理,产生反演海面风场模型所需海面亮温Stokes矢量。详细介绍了数字全极化微波辐射计的系统设计方法,包括射频前端、中频段和数字相关器的设计。同时给出了系统内定标以及外定标方法。对数字全极化微波辐射计做了细致的理论分析和硬件实现设计。     

高精度星载微波定标源黑体温度测量控制系统的设计

微波辐射定标源作为微波辐射计的重要载荷设备,可校准微波辐射计输入亮温度与输出量值间的关系,实现微波辐射计灵敏度、线性度和稳定度等参数的标定。针对辐射源黑体及其测温传感器,设计了一种在轨温度测量与控制电路,用于温度信号的检测与调理、低通滤波、数据采集、温度数据处理以及温度的稳定控制。地面测试与在轨运行均表明,系统满足星载微波辐射计的设计要求,具有高精度、高可靠性的特点。     

机载全极化微波辐射计系统设计及海面亮温的提取方法

机载全极化微波辐射计（Airborne full Polarization Microwave Radiometer,APMR）是国家重大科技基础设施航空遥感系统的主要载荷之一，用于获取来自地球表面和大气的微波辐射电场的极化信息，从而反演地球表面和大气的物理参数. APMR是一个5频点的被动微波遥感器，中心频点分别为10.7 GHz,18.7 GHz,23.8 GHz,37.0 GHz和90 GHz.其中，23.8 GHz和90 GHz采用水平和垂直极化接收方式；10.7 GHz,18.7 GHz和37.0 GHz采用全极化接收方式，同时接收观测场景辐射的4个Stokes参数亮温.该文在介绍我国第一台机载全极化微波辐射计APMR系统主要技术特点和基本性能指标的基础上，提出了由辐射计输出参数进行全极化定标、再进行海面亮温提取的二级数据处理方法，从而得到海面亮温的4个Stokes参数信息，其可用于海面风向、风速等参数的反演. APMR于2020年6月在东营进行了海上的搭载飞行试验，从实验结果中提取到的海面亮温与预期情况一致，这使仪器的工作性能以及海面亮温的提取方法得到验证，为未来机载平台获...     

基于受激参量下转换的红外标准传递辐射计定标技术

基于受激参量下转换过程产生光子的相关特性,构建了一套无需制冷且只利用可见光探测器即可实现红外标准传递辐射测量的系统。首先详细描述了该红外标准传递辐射计系统的工作原理,接着利用标准黑体拟合获取了该系统的定标系数,由此得到红外标准传递辐射计温度与待测黑体响应值的关系,最后通过与水浴黑体在相同温度点的响应值所反演获取的辐射温度作比较,进一步评估和验证了该红外标准传递辐射计系统的不确定度。实验结果表明:该红外标准传递辐射计测量水浴黑体辐亮度的联合不确定度为1.64%,表明该红外标准传递辐射计可作为标准黑体到用户传感器的传递标准。     

基于宽带匹配技术的C波段宽带有源微波冷噪声源设计

针对微波辐射计在同一频段内多通道定标时对稳定宽带低温定标源的需求，结合有源微波冷噪声源的工作原理和宽带匹配技术，提出了一种C波段宽带有源微波冷噪声源的设计方案，并对传统匹配网络结构进行了改进，从而显著地提升了器件的工作带宽，最终使用Avago公司的ATF38143型场效应管设计了一款C波段宽带有源微波冷噪声源。经测试，在常温条件下，该器件在中心频点为6.8 GHz,带宽为1 GHz的范围内输出的最低噪声温度为150.31 K,可应用于多通道C波段微波辐射计的定标工作。同时分析了该器件输出噪声温度受直流偏置电压、环境温度变化的影响，分析结果有助于具体工程应用。     

星载微波辐射计定标及误差分析

微波辐射计是气象卫星对地观测微波遥感重要仪器之一,通过接收被观测场景辐射的微波能量来探测目标的特性.而微波辐射定标是微波遥感探测资料定量化应用的基础.以目前气象卫星的微波辐射计以此为例,对微波辐射计的定标方法进行了概述,并对微波辐射计的定标误差进行了分析和估算.     

3mm波段辐射计特性参数的测试

对新设计的一种3mm波段辐射计的特性参数进行了测量,辐射计的特性参数包括灵敏度、测温范围以及辐射计中参考负载和定标黑体的辐射温度修正量.由于受国内3mm波段技术的限制,给3mm波段辐射计的设计和测量带来很大的困难.本文采样口面定标方法,在实验室确定了新设计的3mm波段辐射计的特性参数,以保证它的实际使用意义.     

航天遥感器热红外波段辐射精度分析

根据遥感器的辐射定标方法和计算模型,对遥感器的辐射精度进行了分析。当假设遥感器观测地面目标、冷空间和星上黑体定标源都通过扫描镜成像时,扫描镜的热辐射以及仪器有背景辐射能量不会对辐射精度产生影响,影响遥感器辐射精度的主要因素是遥感器的信噪比、星上定标黑体的比辐射率误差、星上定标黑体的温度测量误差以及中心波长的漂移等因素。     

直接采样微波辐射计统计模型及定标研究

直接采样微波辐射计对射频信号直接采样,是一种结构简单的数字辐射计.受高速、宽带模数转换器(ADC)采样、非理想量化的影响,直接采样数字接收机输出信号的统计特性将改变,传统辐射计的定标方法不再完全适用于直接采样微波辐射计.论文分析ADC的非理想量化,建立直接采样数字接收机输出信号的统计模型和直接采样微波辐射计的定标方程;实验采用多点定标方法对直接采样微波辐射计进行定标,并用三次样条插值拟合直接采样数字接收机输出信号功率估计值与输入噪声温度之间的转移曲线,提高直接采样微波辐射计的测量精度.     

Intense,broadband, pulsed I-R source at the national synchrotron light source

We describe a broadband (1 μm?1 mm) synchrotron radiation infrared source, pulsed each 20–180 nseconds and delivering about 10¹⁵ photons/sec/1% bandpass into f10 optics. The source size is diffraction limited. This source is thus 100–1000 times brighter than a 2000°K black body, very stable and capable of being used for calibration.     

应用于CARSNET的太阳辐射计辐射定标的LED参考光源

依据我国气溶胶光学特性监测网CARSNET辐射定标方法和流程,分析了太阳辐射计实验室辐射定标技术需求与特点。为完善目前CARSNET所采用辐射定标方法中太阳辐射计天空散射辐射通道短波段定标和提高太阳辐射计气溶胶反演精度,研制了应用于太阳辐射计的LED光谱可调积分球参考光源。测试结果表明该参考光源在出光口中心 20 mm区域内的面均匀性优于99.9%,±2?小角度范围内角度均匀性优于99.9%,其输出2 h内的稳定性优于99.8%,满足太阳辐射计天空散射辐射通道短波段定标要求。     

Prelaunch calibration of the advanced microwave sounding unit-A forNOAA-K

The thermal-vacuum chamber calibration data from the advanced microwave sounding unit-A (AMSU-A) for NOAA-K, which will be launched in 1997, were analyzed to evaluate the instrument performance, including calibration accuracy, nonlinearity, and temperature sensitivity. Particularly, the nonlinearity parameters which will be used for correcting the nonlinear contributions from an imperfect square-law detector were determined from this data analysis. It was found that the calibration accuracies (differences between the measured scene radiances and those calculated from a linear two-point calibration formula) are polarization-dependent. Channels with vertical polarizations show little cold biases at the lowest scene target temperature 84 K, while those with horizontal polarizations all have appreciable cold biases, which can be up to 0.6 K. It is unknown where these polarization-dependent cold biases originate, but the instrument's manufacturer suggests that the source of the observed biases is probably due to some low-level coherent radiation leakage from the instrument itself. The existence and magnitude of nonlinearities in each channel were established and a quadratic formula for modeling these nonlinear contributions was developed. The model was characterized by a single parameter u, values of which were obtained for each channel via least-squares fit to the data. Using the best-fit u values, we performed a series of simulations of the quadratic corrections which would be expected from the space data after the launch of AMSU-A on NOAA-K. In these simulations, the cosmic background temperature of 2.73 K (instead of 84 K that was used in the thermal-vacuum chamber test) was adopted as one of the two reference points of calibration. The largest simulated nonlinear correction is about 0.3 K, which occurs at channel 15 when the instrument temperature is at 38° C. Others are less than 0.2 K in the remaining channels     

天幕靶人工光源的设计

针对天幕靶在使用时必须有非常稳定的光源,为了实现天幕靶能够全天候测量以及在室内测量,设计采用LED作为天幕靶的人工光源;分析了LED的特性,提出用超高亮度平头发光二极管作为人工光源,通过器材设计半径为5m的扇形形状LED光源。采用恒压供电,经过试验,该光源满足天幕靶在阴天或室内光线比较暗时测速的要求,而且对天幕靶的灵敏度有大幅度的提高。     

Radiometric Active Indoor Imaging in the W-Band

Millimeter wave passive imaging systems constitute a good compromise between resolution and penetration depth for a variety of imaging applications. In an outdoor scenario, the cold sky radiation, interacting with the reflectivity characteristics of the targets, constitutes the main source of contrast in the acquired images. In indoor applications such a source is not available, and higher thermal sensitivity is required. Alternatively, one has to provide an artificial illumination to the scene in order to increase its dynamic range. The implementation of an active source for a passive radiometer can, under certain conditions, increase the contrast of the images acquired and add extra information to the measurement. With such a setup, outdoor systems can be used for indoor observations (the absence of cold sky radiation is compensated with active illumination). The subject of our study is to better understand which kind of source and which setup can provide a diffuse illumination over the targets. This topic was investigated by conducting observations of various indoor scenes with two radiometers in the W-Band, using noise and continuous wave (CW) sources as illumination. In this paper we present the results achieved and our conclusions in order to provide an efficient illumination for indoor environment.     

The Direct Detection Effect in the Hot-Electron Bolometer Mixer Sensitivity Calibration

We investigate an error in the noise temperature measurements of the hot-electron bolometer mixers caused by the so-called "direct detection effect". The effect originates in the changing of the mixer parameters when the mixer is loaded on calibration black body sources at different temperatures (300 and 77 K). A correction factor was obtained from the mixer output power versus the bias current dependence, measured by: 1) the local oscillator (LO) power tuning: 2) mixer heating: and 3) application of an external RF source. Furthermore, the direct detection effect was assessed by elimination of the heterodyne response using a LO frequency, which is far off the mixer RF band. We show that the direct detection effect can be mitigated by using an isolator between the mixer and the IF amplifier     

FY-2B热红外通道星上实时绝对辐射定标

选取了2002年6月24日到8月30日00、06、12、18（世界时）的FY-2B卫星云图，获取这段时间青海湖晴空时的图像共34次，并获取其卫星计数值。利用青海湖自动浮标系统测得的水表温度和NCEP再分析资料的大气廓线,利用MODTRAN3.7计算大气层顶辐亮度和亮温，获得FY-2B热红外通道绝对辐射定标系数，从而计算等效黑体温度。同时获取对应时刻的星上黑体温度、计数值以及星上环境温度。据此建立等效黑体温度和星上黑体温度的转换关系，实现静止气象卫星热红外通道星上实时绝对辐射定标。     

3~5μm红外天空亮度测量的多元定标模型

传统一元定标法测量红外天空亮度,面临诸多困难,如测量易受环境温度变化影响、仪器动态范围不足等。提出增加积分时间为自变量的二元定标模型,解决了仪器动态范围不足的问题;然后通过改变环境温度的系列实验,掌握了二元定标模型中仪器辐射随环境温度变化的规律;基于此,提出再增加环境温度为自变量的三元定标模型。实验数据表明,三元模型与实测数据拟合程度很高,相关系数为1.000,模型参数a、b、d,95%置信度的相对不确定度均小于0.82%,当环境保持某一温度不变时,三元模型退化为二元模型,各模型参数稳定,其相对偏差小于0.6%。最后,通过红外天空亮度实测,验证并比较了三元和二元定标模型;结果表明,三元模型定标测量法使用条件宽泛,既扩大了仪器动态范围,又不受环境温度变化影响;更重要的是,不再需要现场定标,提高了测量精度和测试效率。     

室外与室内安检应用的毫米波成像系统设计*

针对人体安检的室外与室内的实际应用,研制了毫米波成像系统样机。系统采取焦平面成像工作体制,毫米波辐射计阵列作为前端,大型金属抛物面天线作为会聚天线,在室外利用天空冷源,在室内利用辅助照射源,实现了室外和室内人体的毫米波成像安检,并能够穿透假肢等材料进行成像检测,测试效果能够满足人体安检技术的要求。     

基于CC430的智能无线温度监测系统设计与校准

针对复杂的工业现场下无法完成近距离的温度监测、测温系统需要人为不断检查的问题设计了基于CC430的智能型无线温度监测系统。该系统由K型热电偶、热电偶冷端补偿电路(AD8495)、信号调理电路以及单片机四部分组成。通过VB程序的设计,显示出当前的温度值以及温度阈值,超过预值则报警。CC430将MSP430及RF1A集成于一体,故其体积小、集成度高。运用便携式干体温度校验炉对该系统进行校准,实验验证该系统能够方便、准确测量温度,其测量误差在±1%以内,线性误差在±0.5%以内,满足测量要求。