一种星载微波辐射计冷空定标修正方法

摘要

一种定标修正方法，尤其是一种星载微波辐射计冷空定标修正方法，通过利用海洋区域冷空观测数据拟合出仅随接收机温度变化的冷空观测计数值，对实际受到地球旁瓣辐射贡献影响的每个扫描周期冷空观测计数值进行定标，得到冷空定标亮温修正值，然后利用冷空定标亮温修正值、原始冷空观测计数值、原始热源观测计数值和热源亮温对场景观测计数值进行定标，修正了由冷空亮温误差带来的定标误差，提高了定标精度。

权利要求

1.一种星载微波辐射计冷空定标修正方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，使用微波辐射计对目标进行观测，得到原始冷空观测计数值、原始热源观测计数值、热源亮温和原始场景观测计数值，由所述原始冷空观测计数值分别计算出星下点位于海洋区域和陆地区域的冷空观测平均计数值；再结合所述原始热源观测计数值和原始场景观测计数值分别计算出海洋区域和陆地区域的场景亮温平均值，由所述海洋区域和陆地区域的场景亮温平均值、星下点位于海洋区域和陆地区域的冷空观测平均计数值以及微波辐射计系统平均增益计算出地球比例因子，所述地球比例因子为当微波辐射计进行冷空定标观测时，地球区域在整个冷空天线方向图中所占比例系数；

S2，对星下点位于海洋区域的原始冷空观测计数值随星下点纬度变化关系进行拟合，再结合微波辐射计每个扫描周期星下点纬度计算出每个扫描周期内冷空观测计数值；

S3，根据所述地球比例因子和全球海洋区域亮温模拟值的平均值计算出海洋区域冷空亮温修正值；

S4，根据所述每个扫描周期内冷空观测计数值、海洋区域冷空亮温修正值、原始热源观测计数值和热源亮温对原始冷空观测计数值进行定标，得到冷空定标亮温修正值；

S5，根据所述冷空定标亮温修正值、原始冷空观测计数值、原始热源观测计数值和热源亮温对原始场景观测计数值进行定标，得到场景亮温修正值。

2.根据权利要求1所述的星载微波辐射计冷空定标修正方法，其特征在于：S1中所述地球比例因子fCsE的计算方法为其中， 为微波辐射计系统平均增益，且 为热源观测平均计数值，

为冷空观测平均计数值， 为热源平均亮温，TC0为冷空标称辐射亮温，所述冷空标称辐射亮温TC0为2.73K； 为星下点位于陆地区域时的冷空观测平均计数值， 为陆地区域场景亮温平均值， 为星下点位于海洋区域时冷空观测平均计数值， 为海洋区域场景亮温平均值。

3.根据权利要求2所述的星载微波辐射计冷空定标修正方法，其特征在于：所述场景观测计数值与场景亮温的关系式为：其中，CS为场景观测计数值，

CH为原始热源观测计数值，CC为原始冷空观测计数值，TH为热源亮温，u为地面试验室测得的通道非线性系数。

4.根据权利要求2所述的星载微波辐射计冷空定标修正方法，其特征在于：所述S3中海洋区域冷空亮温修正值TC0cor的计算方法为 其中， 为全球海洋区域亮温模拟值的平均值。

5.根据权利要求3所述的星载微波辐射计冷空定标修正方法，其特征在于：所述S4中冷空定标亮温修正值TCcor的计算方法为 其中，CC,Sat为每个扫描周期内冷空观测计数值，TC0cor为所述海洋区域冷空亮温修正值。

6.根据权利要求5所述的星载微波辐射计冷空定标修正方法，其特征在于：所述S5中场景亮温修正值 的计算方法为 其中，

说明书

一种星载微波辐射计冷空定标修正方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种星载微波辐射计冷空定标修正方法，属于微波遥感领域。

背景技术

[0002] 目前在微波辐射计地面数据处理系统定标模块中冷空亮温通常采用标准的2.73K辐射亮温。但由于冷空观测通过指向宇宙冷空背景的天线实现，具有较高辐射亮温的地球辐射从冷空观测天线方向图旁瓣方向进入冷空观测视场，导致辐射计实际接收亮温高于2.73K的冷空标称辐射亮温。若直接采用2.73K的冷空辐射亮温进行定标，将直接带来目标亮温的定标误差，进而导致海洋环境参数的反演误差，降低了数据处理结果的精度。在修正每个扫描周期内冷空定标亮温时，首先需要将部分天线方向图副瓣投影至地球，然后将投影至地球各点的方向图数据与对应的地球辐射亮温加权求和，从而计算得到地球区域辐射亮温贡献。但是这种方法在每个扫描周期均要完成一次冷空观测天线副瓣向对地面的投影，运算量较大，难以满足高效数据处理的需要。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载微波辐射计冷空定标修正方法，通过拟合出仅随接收机温度变化的冷空观测计数值，对实际受到地球旁瓣辐射贡献影响的每个扫描周期冷空观测计数值进行定标，得到冷空定标亮温修正值，然后利用冷空亮温修正值和原始热源观测计数值对场景观测计数值进行定标，修正了由冷空亮温误差带来的定标误差，提高了定标精度。

[0004] 本发明方法的技术解决方案步骤如下：

[0005] S1，使用微波辐射计对目标进行观测，得到原始冷空观测计数值、原始热源观测计数值、热源亮温和原始场景观测计数值，由所述原始冷空观测计数值分别计算出星下点位于海洋区域和陆地区域的冷空观测平均计数值；再结合所述原始热源观测计数值和原始场景观测计数值分别计算出海洋区域和陆地区域的场景亮温平均值，由所述海洋区域和陆地区域的场景亮温平均值、星下点位于海洋区域和陆地区域的冷空观测平均计数值以及微波辐射计系统平均增益计算出地球比例因子，所述地球比例因子为当微波辐射计进行冷空定标观测时，地球区域在整个冷空天线方向图中所占比例系数；

[0006] S2，对星下点位于海洋区域的原始冷空观测计数值随星下点纬度变化关系进行拟合，再结合微波辐射计每个扫描周期星下点纬度计算出每个扫描周期内冷空观测计数值；

[0007] S3，根据所述地球比例因子和全球海洋区域亮温模拟值的平均值计算出海洋区域冷空亮温修正值；

[0008] S4，根据所述每个扫描周期内冷空观测计数值、海洋区域冷空亮温修正值、原始热源观测计数值和热源亮温对原始冷空观测计数值进行定标，得到冷空定标亮温修正值；

[0009] S5，根据所述冷空定标亮温修正值、原始冷空观测计数值、原始热源观测计数值和热源亮温对原始场景观测计数值进行定标，得到场景亮温修正值。

[0010] S1中所述地球比例因子fCsE的计算方法为

[0011] 其中， 为微波辐射计系统平均增益，且 为热源观测平均计数值，为冷空观测平均计数值， 为热源平均亮温，TC0为冷空标称辐射亮温，所述冷空标称辐射亮温TC0为2.73K； 为星下点位于陆地区域时的冷空观测平均计数值， 为陆地区域场景亮温平均值， 为星下点位于海洋区域时冷空观测平均计数值， 为海洋区域场景亮温平均值。

[0012] 进一步地，所述场景观测计数值与场景亮温的关系式为：

[0013]

[0014] 其中，CS为场景观测计数值，CH为原始热源观测计数值，CC为原始冷空观测计数值，TH为热源亮温，u为地面试验室测得的通道非线性系数。

[0015] 进一步地，所述S3中海洋区域冷空亮温修正值TC0cor的计算方法为其中， 为全球海洋区域亮温模拟值的平均值。

[0016] 进一步地，所述S4中冷空定标亮温修正值TCcor的计算方法为其中，
CC,Sat为每个扫描周期内冷空
观测计数值。

[0017] 进一步地，所述S5中场景亮温修正值 的计算方法为 其中，

[0018] 本发明方法与现有技术相比的优点在于：

[0019] (1)传统冷空定标亮温修正采用冷空修正比例因子和地球辐射亮温简单相乘计算得到冷空修正亮温，但无法准确修正冷空天线方向图副瓣同时包含海洋和陆地情况下的冷空定标亮温误差。本发明能够克服传统修正方法不足，准确地修正冷空天线方向图副瓣同时包含海洋和陆地情况下冷空亮温误差，进一步提高了整体数据处理精度。

[0020] (2)传统冷空定标亮温修正法中为获得精确的地球辐射亮温，需要将冷空天线方向图部分旁瓣投影至地球并对地球各点辐射亮温积分，数据处理效率低。本发明不需要在每个扫描周期中通过积分的方法计算地球辐射对冷空定标温度的贡献，只需要基于拟合数据对实际冷空观测计数值进行定标实现冷空定标亮温的精确修正，在保证数据处理结果精度的同时避免了大量的投影计算，提高了数据处理的效率。

[0021] (3)本发明中的冷空定标亮温修正方法原理简单，修正计算过程实现简便可行，便于地面数据处理系统中实现，可进一步提高地面系统数据处理结果精度。

附图说明

[0022] 图1为微波辐射计定标原理框图；

[0023] 图2为本发明方法实施流程框图。

具体实施方式

[0024] 星载微波辐射计通过被动接收海面微波辐射信号对海洋环境参数如海面温度、风速、大气液态水含量和大气水气含量等进行遥感测量。星载微波辐射计通过天线周期性旋转实现海洋目标的连续扫描观测，在每个扫描周期中，微波辐射计依次对场景、热源和冷空进行观测。热源利用受到精密温控处于恒定温度的微波吸收体实现，冷空由波束指向宇宙冷空背景的天线实现。在每个扫描周期中通过观测热源和冷空并结合地面测试参数可确定系统定标参数，进而将场景观测计数值转换为亮温，如图1所示。

[0025] 在星载微波辐射计地面数据处理系统中需要利用辐射计在轨原始热源观测计数值、原始冷空观测计数值、热源亮温、冷源辐射亮温和非线性系数对同一扫描周期中的场景观测计数值进行定标，得到场景观测亮温：

[0026]

[0027]

[0028]

[0029]

[0030]

[0031] CH和CC分别为原始热源观测计数值和原始冷空观测计数值，TH0和TC0分别为热源和冷源辐射亮温，CS为场景观测计数值，u为地面实验室测得的非线性系数。

[0032] 目前在微波辐射计地面数据处理系统定标模块中冷空亮温通常采用标准的2.73K辐射亮温。但由于冷空通过指向宇宙冷空背景的天线实现，具有较高辐射亮温的地球辐射从冷空观测天线方向图旁瓣方向进入冷空观测视场，导致辐射计实际接收亮温高于2.73K的冷空标称辐射亮温，即：

[0033]

[0034]

[0035] 其中 表示地球辐射亮温分布， 表示冷空观测天线方向图，SL表示天线方向图副瓣中地球所占立体角区域，ML表示除地球所占立体角区域外天线方向图其它指向冷空的立体角区域，TC0为2.73K。

[0036] 由于地球辐射亮温通常较高，导致T′C0大于TC0。若直接采用2.73K的冷空辐射亮温进行定标，将直接带来目标亮温的定标误差，进而导致海洋环境参数的反演误差，降低了数据处理结果的精度。

[0037] 本发明方法步骤如图2所示，具体如下：

[0038] (1)计算地球比例因子

[0039] 地球比例因子表示当微波辐射计进行冷空定标观测时，地球区域在整个冷空观测天线方向图中所占比例系数。可利用在轨实测数据计算该比例因子。

[0040] a)利用冷空标称亮温TC0(2.73K)﹑热源观测计数值CH、冷空观测计数值CC﹑热源亮温TH和通道非线性系数u对场景观测计数值CS进行定标，得到场景亮温估值T′B。

[0041]

[0042]

[0043]

[0044]

[0045]

[0046] b)利用冷空标称辐射亮温TC0、热源观测平均计数值 冷源观测平均计数值和热源平均亮温 计算得到辐射计系统平均增益

[0047]

[0048] c)设星下点位于海洋区域时冷空观测平均计数值为 对应的海洋观测亮温平均值为 星下点位于陆地区域时的冷空观测平均计数值为 对应陆地观测亮温平均值为

[0049] d)根据 和 可以计算出地球比例因子fCsE。

[0050]

[0051] (2)冷空观测计数值拟合

[0052] 在热源温度较为平稳的情况下，根据热源观测计数值随星下点纬度变化特性可以推出微波辐射计通道增益(温度)随星下点纬度变化关系。将每轨所有星下点位于海洋区域的冷空观测计数值随星下点纬度变化关系进行拟合，拟合出冷源观测计数值随星下点纬度θ变化关系：

[0053] CC＝F(θ)   (4-8)

[0054] (3)冷空观测计数值推算

[0055] 当微波辐射计在任意一个扫描周期中进行冷空观测时，设相应星下点纬度为θSat，则根据拟合出的冷空观测计数值与星下点纬度θ变化关系式(4-8)，可以推算出每个扫描周期冷空观测计数值为：

[0056] CC,Sat＝F(θSar)   (4-9)

[0057] (4)海洋区域冷空亮温修正

[0058] 根据式(4-7)中计算出的地球比例因子fCsE可计算出星下点位于海洋区域时的冷空修正亮温：

[0059]

[0060] 为基于全球海洋区域模式亮温数据计算出的平均值。所述全球海洋区域模式亮温(brightness temperature computed from RTM)为将全球海洋环境参数如海面温度、海面风速、大气液态水含量、大气水蒸气和海水盐度等参数作为输入，代入现有的辐射传输模型函数RTM(Radiative Transfer Model)计算得到海面模式亮温。然后通过对海面模式亮温进行统计平均即可得到均值

[0061] (5)冷空定标亮温修正

[0062] 利用每个扫描周期中推出的冷空观测计数值CC,Sat﹑海洋区域冷空亮温修正值TC0cor﹑原始热源观测计数值CH和热源亮温TH对每个扫描周期内原始冷空观测计数值CC进行定标，得到冷空观测亮温修正值TCcor。

[0063]

[0064]

[0065]

[0066]

[0067]

[0068] (6)场景观测亮温定标

[0069] 利用每个扫描周期中原始冷空观测计数值CC﹑式(4-15)冷空修正亮温值TCcor﹑热源观测计数值CH﹑热源亮温TH和通道非线性系数对每个扫描周期场景观测计数值数值CS重新进行定标，得到冷空亮温修正后再次对场景计数值进行定标后的场景亮温校正值[0070]

[0071]

[0072]

[0073]

[0074]

[0075] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。