181_M200971577_叶辉

分类号学号M200971577学校代码10487密级硕士学位论文微波辐射计定标与误差分析学位申请人：叶辉学科专业：通信与信息系统指导教师：李青侠教授郎量副教授答辩日期：2012年1月10日AThesisSubmittedinFullyFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringCalibrationandErrorAnalysisofMicrowaveRadiometerCandidate:YeHuiMajor:Communication&InformationSystemSupervisor:Prof.LiQingxiaAssociateProf.LangLiangHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文I摘要微波辐射计定标是指确定辐射计输出电压与天线输入辐射之间的精确定量关系。微波辐射计的精确定标对于使用测量的亮温数据反演所得结果的准确程度具有重要意义。常用的定标方法是液氮定标法，其定标精度比较高，但它需要较好的实验条件，不适合长期、经常的使用。倾斜定标法具有实施简单，对实验条件要求不高的特点，目前在国外的一些地基微波辐射计中得到了应用。对于采用变温定标源的液氮定标，天线温度的计算是重点和关键。它涉及三方面：微波吸收材料反射率的测量，定标源辐射亮温的理论计算，对天线方向图的特性研究。文中对天线温度的成分和理论计算进行了分析，给出了计算流程。微波辐射计除了需要精确定标外，对定标的误差进行分析也很重要。本文对阻抗失配引起的误差进行了分析，研究了线性两点定标方程中各种不确定因素对定标精度的影响，对辐射计的非线性误差也进行了分析。倾斜定标法将辐射计定标方程和大气辐射传输理论结合起来。文中介绍了大气辐射传输原理、大气的辐射模型和天空亮温的计算。推导了倾斜定标的迭代计算方法，并用Matlab实现。还研究了迭代收敛速度、一致性，根据倾斜定标法得到的方程计算了亮温与输入亮温的差值，并分析了大气平均辐射温度的不确定性对倾斜定标的影响。为了验证迭代算法的正确与性能，本文根据实测天空亮温进行了性能分析。使用不同天顶角的辐射计输出电压，应用迭代算法计算了定标参数，与原定标方程进行了比较，分析了误差原因，并对计算亮温与实测亮温进行了比较，结果表明如果天顶角比较准确，误差是比较小的。进一步分析了天顶角变化对天空亮温、迭代算法的影响，研究了不同天顶角计算定标参数差别较大的原因。研究表明天顶角的准确性对于倾斜定标精度的影响很大，迭代算法对天顶角在小角度时的误差非常敏感，较小的误差也会引起定标参数较大的变化。并分析了地球曲率和大气折射率对定标的影响。关键词：微波辐射计，定标，亮度温度，倾斜定标，迭代华中科技大学硕士学位论文IIAbstractCalibrationofmicrowaveradiometeristodetermineaccuratequantitativerelationshipbetweenoutputvoltageofradiometerandtheradiationreceivedbyantenna.Itisimportanttocalibratepreciselyfortheretrieveaccuracyfrommeasuredbrighttemperature.Theliquidnitrogen-LNcalibrationmethodisoftenusedtocalibrate.TheaccuracyofLNcalibrationisrelativelyhigh.However,itisnotpracticaltobeappliedandautomatedinlong-term,routineoperations.Itiseasytoapplytippingcurvemethodwhichrequiresnormalcriterion.Thetippingcurvemethodhasbeenappliedfortheground-basedmicrowaveradiometerabroad.EvaluationofantennatemperatureisakeyissueforLNmethodwithvaryingtemperaturecalibrationload.Itinvolveswiththreeaspects:themeasurementofreflectivityofradiationabsorbingmaterial(RAM),thetheoreticalcomputationofthebrightnesstemperatureradiatedfromcalibrationloadandresearchontheradiationpatternofantenna.Compositionandevaluationoftheantennatemperatureareanalyzedandflowofevaluationispresented.Errorsduetoimpedancemismatchandaccuracyofthecalibrationequationareanalyzed.Errorsduetothenonlinearityofradiometerareanalyzedinthispapertoo.Thetippingmethodcouplesaradiometerequationandthetheoryoftheradiativetransferintheatmosphere.Theprincipleofradiativetransferandradiationmodelofatmosphereareintroduced,andevaluationofskybrightnesstemperatureispresented.Theiterationoftippingcurvemethodisderivedandimplementedwithmatlab.Thespeedofconvergenceandcoincidenceareinvestigated,differenceofantennatemperatureevaluatedbasedonthetippingcurvemethodandinputtedaregiven.Theeffectofthemeanradiativetemperatureoftheatmosphereisanalyzedtoo.Inordertovalidatethecorrectnessandperformance,analysisontheperformancearecarriedthroughbasedonthemeasuredskybrightnesstemperature.Thecalibrationparametersevaluatedbasedontheiteration,arecomparedwiththatachievedwithLNmethod.Theerrorwereanalyzed,andthebrightnesstemperaturecomputedwithtippingcurvemethodandmeasuredbyradiometerviewedtheskywerecompared.Theresultsshowthattheerrorsaresmallifthezenithangleisrelativelyaccurate.Theimpactofthevaryingofzenithonskybrightnesstemperatureanditerationareanalyzed,andthereasonofvaryingofcalibrationparametersevaluatedwithdifferentzenithangleisanalyzedfurther.Theaccuracyofaradiometerpointedtothezenithisvitaltoaccuracyofcalibrationwiththetippingcurvemethodandtheinfluenceofthezenithangleisgreatontheiterationwhenitislittle,evensmallerrorcouldleadtobigerrorofcalibration华中科技大学硕士学位论文IIIparameterthroughtheresearch.EffectofEarthCurvatureandAtmosphericRefractiveIndexwereanalyzedtoo.Keywords:Microwaveradiometer;calibration;brightnesstemperature;tippingcurve;iteration.华中科技大学硕士学位论文IV目录摘要...............................................................................................................IABSTRACT....................................................................................................II1绪论......................................................................................................11.1引言.......................................................................................................11.2微波辐射计的发展..............................................................................11.3微波辐射计定标研究现状..................................................................21.4本文主要内容和结构安排..................................................................42微波辐射计原理和定标方法.................................................................52.1微波辐射测量..................................