专利名称：一种微波高光谱晴空定标方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波遥感技术领域，特别涉及一种微波高光谱晴空定标方法、装置及系统。
背景技术：
随着微波遥感技术的发展，在气象监测方面，传统微波辐射计的定标通常采用液氮作为冷定标源的液氮定标方法，或者采用晴空定标方法。其中，由于液氮的运载和使用的不方便，导致液氮定标方法的应用。而晴空定标方法虽然不存在这一难题，但是，需要通过将晴空背景作为冷定标源来实现微波辐射计的两点定标，而微波辐射计只收集某一个地区的几个特定天空仰角的大气辐射温度，即可完成定标，也就是 说，晴空定标方法需要采用晴空背景作为冷定标源，并且只能对一个地区的几个特定角度的数据进行计算，得到该地区的气象信息，从而得到微波高光谱定标参数。在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，通过一个地区的气象信息得到微波高光谱辐射计的定标参数，其定标精度低。因此，如何提高定标精度，实现不同地区下高频谱分辨率的微波辐射计定标是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例中提供了一种微波高光谱晴空定标方法、装置及系统，以提高微波高光谱辐射计的定标精度。为此，本发明提供一种微波高光谱晴空定标方法，所述方法包括设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；从数据库中获取大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度的大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温;获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型的定标数据，包括从数据库中获取大气质量因子；根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；
计算归一化处理后的曲线的系数；如果所述系数大于等于定标预设值，则所述归一化处理后的曲线为直线；判断所述直线是否经过原点，如果是，将所述系统增益作为满足晴空定标模型的定标数据；否则，计算所述直线的斜率，并将所述斜率设定为新的天顶方向大气不透明度，重新计算系统增益；如果小于所述定标预设值，则重新进行定标。可选的，所定标预设值为O. 995。可选的，还包括
将满足晴空定标模型新的定标数据传输给微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元。可选的，所述获取黑体定标源的辐射温度，包括测量黑体定标源发送自身的物理温度，所述物理温度作为黑体定标源的辐射温度；其中，所述黑体定标源的物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集到的。相应的，本发明提供一种微波高光谱晴空定标装置，包括数据库，用于存储气象数据和定标参数数据，其中，所述定标参数数据包括大气平均辐射温度、大气质量因子以及晴空定标模型的定标数据；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；设定单元，用于设定天顶方向晴空背景大气不透明度；第一获取单元，用于从数据库中获取大气平均辐射温度；第一计算单元，用于根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；第二获取单元，用于获取黑体定标源的辐射温度；第二计算单元，用于根据所述大气亮温和辐射温度两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；第三计算单元，用于根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；迭代计算单元，用于对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述迭代计算单元包括质量因子获取单元，用于从数据库中获取大气质量因子；归一化处理单元，用于根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；系统计算单元，用于计算所述归一化处理单元处归一化处理后的曲线的系数；第一判断单元，用于判断所述系统是否大于定标预设值，并将大于等于定标预设值的判断结果发送给第二判断单元；将小于定标预设值的判断结果发送给重新定标单元；第二判断单元，用于在接收到大于等于定标预设值的判断结果时，确定所述归一化处理后的曲线为直线，并继续判断所述直线是否经过原点，并将经过原点的判断结果发送给确定单元；将不经过原点的判断结果发送给斜率计算单元；
第一确定单元，用于在接收到所述经过原点的判断结果时，将所述系统增益作为满足晴空定标模型新的定标数据；斜率计算单元，用于在接收到所述不经过原点的判断结果时，计算所述直线的斜率；发送单元，用于将所述斜率发送给设定单元；重新定标单元，用于在接收到所述小于定标预设值的判断结果时，重新进行定标；
所述设定单元，还用于根据将接收到的所述斜率作为新的天顶方向大气不透明度；所述第二计算单元，还用于根据设定单元设定的新的天顶方向大气不透明度重新计算系统增益。可选的，还包括传输单元，用于将迭代计算单元得到的满足晴空定标模型新的定标数据传输到微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元中。可选的，所述第二获取单元包括接收单元，用于接收所述黑体定标源发送的物理温度；所述物理温度作为黑体定标源的辐射温度所述，物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集得到的；或主动获取单元，用于向所述黑体定标源主动获取黑体定标源发送的物理温度，所述物理温度为黑体定标源的辐射温度，所述物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集得到的。可选的，所述数据库包括气象资料数据库和定标参数数据库，其中，所述气象资料数据库，用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给定标参数数据库；其中，所述当地气象资料包括大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；所述定标参数数据库，用于存储接收到的当地气象资料，以及当地高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。可选的，所述微波高光谱晴空定标装置集成在微波高光谱辐射计、服务器或远程计算机中；或独立部署。相应的，本发明还提供一种微波高光谱晴空定标系统，包括黑体定标源、定标波束控制单元和微波高光谱晴空定标装置，其中，所述黑体定标源，用于作为微波高光谱辐射计两点定标中的热定标源，提供大气的辐射温度，所述辐射温度取决于自身的物理温度，所述物理温度通过微波高光谱辐射计数字处理与系统控制单元中的温度传感器采集得到；并将所述物理温度发送所述微波高光谱晴空定标装置；所述定标波束控制单元，用于作为微波辐射计两点定标中的冷定标源；通过微波高光谱辐射计的微波反射镜指向的九个特定天空仰角控制定标波束，并测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；将所述大气平均辐射温度发送给所述微波高光谱晴空定标装置，并存储到数据库中；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；所述微波高光谱晴空定标装置，用于设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；根据所述大气不透明度和所述定标波束控制单元发送的大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。可选的，所述黑体定标源包括锥形吸波材料和金属保温圆桶，并将所述锥形吸波材料放置于金属保温圆桶中，所述金属保温圆桶用于恒定吸波材料周围的物理温度。可选的，所述微波高光谱晴空定标装置如上述所述的微波高光谱晴空定标装置。由上述技术方案可知，本发明所提供的微波高光谱晴空定标方法、装置及系统，通 过对不同地区不同方向的根据大气亮温与辐射温度两点定标获得微波高光谱定标参数，实现不同地区下高频谱分辨率的微波辐射计定标。也就是是说，本发明实施例结合微波高光谱辐射计，将微波高光谱测量技术与传统微波辐射计定标单元相结合，从而提供一种高频谱分辨率、定标速度快、定标精度高、且无需液氮的微波高光谱辐射计晴空定标装置。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标方法的流程图；图2为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标装置的流程图；图3为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标装置的第二结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标系统的结构示意图；图5为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标系统的应用实例的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标装置工作时的定标波束示意图；图7为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标方法的具体应用实例的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图I为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标方法的流程图，所述方法包括
步骤101 :设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；作为迭代算法的初始值；步骤102 :从数据库中获取大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度的大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；其中，本实施例中，大气平均辐射温度通常是采用辐射传输方程，由大气吸收系数和大气温度廓线计算得到，它是晴空定标中的必要参数，用于将大气辐射功率映射为光学不透明度。步骤103 :根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；其中，计算天顶方向晴空背景的大气亮温的过程对于本领域技术人员已是熟知技术，在此不再赘述。步骤104 :获取黑体定标源的辐射温度； 其一种获取的方式为接收黑体定标源发送自身的物理温度，所述物理温度作为黑体定标源的辐射温度；其中，所述黑体定标源的物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集到的。但并不限于此，还可以是其他获取方式，比如，微波高光谱晴空定标装置或服务器主动向黑体定标源获取等。步骤105 :根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；其中，计算系统增益的过程对于本领域技术人员来说已是熟知技术，在此不再赘述。步骤106 :根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；其计算公式详见下述，在此不再赘述。步骤107 :对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。其中，迭代计算的过程为从数据库中获取大气质量因子；根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；计算归一化处理后的曲线的系数；如果所述系数大于等于定标预设值，则所述归一化处理后的曲线为直线；判断所述直线是否经过原点，如果是，将所述系统增益作为满足晴空定标模型的定标数据；否则，计算所述直线的斜率，并将所述斜率设定为新的天顶方向大气不透明度，重新计算系统增益；如果所述系数小于所述定标预设值，则重新进行定标。其中，在该实施例中，所述定标预设值可以为O. 995，但并不限于此，还可以在此基础上，上下浮动O. 01-0. 1，本实施例不作限制。也就是说，根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化，对归一化后的曲线进行相关系数计算，若相关系数小于〈O. 995，则认为所测数据不符合晴空定标条件，需要微波辐射计重新进行定标；如果相关系数小于> O. 995，则可认为大气不透明度归一化后的曲线为直线；然后，判断这条直线是否过原点，如果直线没有过原点，则计算直线的斜率k;定标过程回到步骤101，即将直线的斜率k设定为新的天顶方向大气不透明度；如果直线过原点，则满足大气微波高光谱晴空定标模型，跳出迭代循环；将微波辐射计系统增益作为新的定标数据存入微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元中。可选的，本实施例中，所述方法还可以包括将满足晴空定标模型新的定标数据传输给微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元，以便于其进行相应的处理。本发明实施例通过大气平均辐射温度以及黑体定标源的辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益，然后根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据(即系统增益)。实现了无需液氮的微波辐射计定标，同时也实现了高精度的微波辐射计定标；以及不同地区下高频谱分辨率的微波辐射计定。还请参阅图2，为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标装置的结构示意图，所述装置包括数据库21，设定单元22，第一获取单元23，第一计算单元24，第二获取单元25，第二计算单元26、第三计算单元27和迭代计算单元28，其中，所述数据库21，用于存储气象数据和定标参数数据，其中，所述定标参数数据包括大气平均辐射温度、大气质量因子以及晴空定标模型的定标数据；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；所述设定单元22，用于设定天顶方向晴空背景大气不透明度；所述第一获取单元23，用于从数据库中获取大气平均辐射温度；所述第·一计算单元24，用于根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；所述第二获取单元25，用于获取黑体定标源的辐射温度；所述第二计算单元26，用于根据所述大气亮温和辐射温度两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；所述第三计算单元27，用于根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；所述迭代计算单元28，用于对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。还请参阅图3，为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标装置的第二结构示意图。该实施例在图2实施例的基�。鍪菘�21可以包括气象资料数据库211和定标参数数据库212，其中，所述气象资料数据库211，用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给定标参数数据库；其中，所述当地气象资料包括大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线；所述定标参数数据库212，用于存储接收到的当地气象资料，以及当地高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。所述迭代计算单元28可以包括质量因子获取单元281，归一化处理单元282，系统计算单元283，第一判断单元284，第二判断单元285，第一确定单元286，斜率计算单元287，发送单元288，重新定标单元289，其中所述质量因子获取单元281，用于从数据库中获取大气质量因子；所述归一化处理单元282，用于根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理；所述系统计算单元283，用于计算所述归一化处理单元处归一化处理后的曲线的系数；所述第一判断单元284，用于判断所述系统是否大于定标预设值，并将大于等于定标预设值的判断结果发送给第二判断单元；将小于定标预设值的判断结果发送给重新定标单元；所述第二判断单元285，用于在接收到大于等于定标预设值的判断结果时，确定所述归一化处理后的曲线为直线，并继续判断所述直线是否经过原点，并将经过原点的判断结果发送给第一确定单元；将不经过原点的判断结果发送给斜率计算单元；所述第一确定单元286，用于在接收到所述经过原点的判断结果时，将所述系统增益作为满足晴空定标模型新的定标数据；所述斜率计算单元287，用于在接收到所述不经过原点的判断结果时，计算所述直线的斜率；所述发送单元288，用于将所述斜率发送给设定单元22 ;所述重新定标单元289，用于在接收到所述小于定标预设值的判断结果时，重新进行定标；所述设定单元22，还用于根据将接收到的所述斜率作为新的天顶方向大气不透明度；所述第二计算单元26，还用于根据设定单元22设定的新的天顶方向大气不透明度重新计算系统增益。可选的，所述装置还可以包括传输单元，用于将迭代计算单元得到的满足晴空定标模型新的定标数据传输到微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元中。可选的，所述第二获取单元可以包括被动接收单元或主动获取单元，其中，所述被动接收单元，用于接收所述黑体定标源发送的物理温度；所述主动获取单元，用于向所述黑体定标源主动获取黑体定标源发送的物理温度；其中，无论是被动接收单元，或者是主动获取单元，其获取的黑体定标源的物理温度为黑体定标源的辐射温度，所述物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集得到的。
可选的，所述微波高光谱晴空定标装置可以集成在微波高光谱辐射计、服务器或远程计算机中；或独立部署，本实施例不作限制。还请参阅图4，为本发明实施例提供一种微波高光谱晴空定标系统的结构示意图，所述系统包括黑体定标源41、定标波束控制单元42和微波高光谱晴空定标装置43，其中，所述黑体定标源41，用于作为微波高光谱辐射计两点定标中的热定标源，提供大气的辐射温度，所述辐射温度取决于自身的物理温度，所述物理温度通过微波高光谱辐射计数字处理与系统控制单元中的温度传感器采集得到；并将所述物理温度发送所述微波高光谱晴空定标装置；所述定标波束控制单元42，用于作为微波辐射计两点定标中的冷定标源；通过微波高光谱辐射计的微波反射镜指向的九个特定天空仰角控制定标波束，并测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；将所述大气平均辐射温度发送给所述微波高光谱晴空定标装置，并存储到数据库中；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；所述微波高光谱晴空定标装置43，用于设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；根据所述大气不透明度和所述定标波束控制单元发送的大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。其中，所述微波高光谱晴空定标装置如上述的微波高光谱晴空定标装置，其包括的各个单元的功能和作用具体详见上述，在此不再赘述。可选的，所述黑体定标源包括锥形吸波材料和金属保温圆桶，并将所述锥形吸波材料放置于金属保温圆桶中，所述金属保温圆桶用于恒定吸波材料周围的物理温度。可以看出，本发明所提供的微波高光谱晴空定标方法、装置及系统，通过对不同地区不同方向的根据大气亮温与辐射温度两点定标获得微波高光谱定标参数，实现不同地区下高频谱分辨率的微波辐射计定标。也就是是说，本发明实施例结合微波高光谱辐射计，将微波高光谱测量技术与传统微波辐射计定标单元相结合，从而提供一种高频谱分辨率、定标速度快、定标精度高、且无需液氮的微波高光谱辐射计晴空定标装置。为了便于本领域技术人员的理解，下面以具体的实例来说明。本发明提供的微波高光谱晴空定标装置，是一种用于微波高光谱辐射计的定标单元，通过快速测量九个特定仰角的晴空背景辐射，然后调整定标参数(即定标数据)直到微波高光谱辐射计的系统输出符合当地大气微波高光谱定标模型，同时测量内部环境黑体定标源的辐射温度，从而得到微波高光谱辐射计各通道的准确增益。请参阅图5，为本发明实施例提供的一种微波高光谱晴空定标系统的应用实例的结构示意图，在该实施例中，所述系统包括黑体定标源51、定标波束控制单元所控制的定标波束52和集成在远程计算机中的微波高光谱晴空定标装置53，所述微波高光谱晴空定标装置就是一种用于微波高光谱辐射计的定标单元。 如图5所示，所述黑体定标源51是由三角锥形状的吸波材料和金属保温圆桶组成；该吸波材料可以采用角锥SA型聚氨酯泡沫吸波材料，但并不限于此。所述吸波材料放置于金属保温圆桶中，吸波材料的垂直反射率小于_20dB。该金属保温圆桶可以采用真空隔热层进行隔热，它的上方覆盖一层介电常数较低的透波材料。金属保温圆桶用于恒定吸波材料周围的物理温度，提高对黑体定标源的温度测量精度。其中，所述黑体定标源的物理温度可以由微波高光谱辐射计数字处理与系统控制单元中的温度传感器采集得到，温度精度达到0.1° C。本实施例中，黑体定标源用于作为微波辐射计两点定标中的热定标源，辐射温度取决于它的物理温度。所述定标波束控制单元所控制的定标波束52为圆锥面波束，它通过微波高光谱福射计的微波反射镜指向 19. 35°、23.4。,30. 15° ,41.85°、90。,138. 15° ,149. 85°、156.6°和160. 65°等九个特定天空仰角。这九个天空仰角满足天顶双边角度对称，用于补偿微波反射镜的角度转动误差。在该实施例中，微波高光谱晴空定标装置53工作时的定标波束示意图如图6所示。定标波束的波束宽度为10度，天空仰角的角度误差小于O. I度。所述定标波束用于测量晴空背景的辐射温度，作为微波辐射计两点定标中的冷定标源，并将测量的辐射温度传输给微波高光谱晴空定标装置53进行定标计算，其计算的过程详见下述。其中，所述微波高光谱晴空定标装置53可以基于微波高光谱晴空定标模型中所述微波高光谱晴空定标软件来实现，具体包括由数据库和晴空定标单元，其中，所述数据库包括气象资料数据库和定标参数数据库。所述气象资料数据库，用于存储某地区(比如北京市等)气象局公开的大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线，它基于近1989 2011年的大气廓线数据统计而成。也就是说，气象资料数据库用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给所述定标参数数据库。所述定标参数数据库，用于存储某地区(由北京市等)高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子组成。其中，大气吸收系数Ka可以采用大气MPM模型，由氧气与水气的线性谱线拟合近似得到的；其中，大气吸收系数Ka的计算公式为Ka(f)=0. 1820fN" (f)(I)其中，f为微波高光谱下的频率参数，N" (f)为大气复折射率的虚部，在晴空天气条件下，它包括了氧气、水气线性谱线的贡献；所述氧气与水气的线性谱线的贡献计算具体如下
权利要求
1.一种微波高光谱晴空定标方法，其特征在于，包括 设定天顶方向晴空背景的大气不透明度； 从数据库中获取大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度的大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度； 根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温； 获取黑体定标源的辐射温度； 根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益； 根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度； 对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型的定标数据，包括 从数据库中获取大气质量因子； 根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理； 计算归一化处理后的曲线的系数； 如果所述系数大于等于定标预设值，则所述归一化处理后的曲线为直线； 判断所述直线是否经过原点，如果是，将所述系统增益作为满足晴空定标模型的定标数据；否则，计算所述直线的斜率，并将所述斜率设定为新的天顶方向大气不透明度，重新计算系统增益； 如果小于所述定标预设值，则重新进行定标。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所定标预设值为O.995。
4.根据权利要求I至3任一项所述的方法，其特征在于，还包括 将满足晴空定标模型新的定标数据传输给微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取黑体定标源的辐射温度，包括 测量黑体定标源发送自身的物理温度，所述物理温度作为黑体定标源的辐射温度；其中，所述黑体定标源的物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集到的。
6.一种微波高光谱晴空定标装置，其特征在于，包括 数据库，用于存储气象数据和定标参数数据，其中，所述定标参数数据包括大气平均辐射温度、大气质量因子以及晴空定标模型的定标数据；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度； 设定单元，用于设定天顶方向晴空背景大气不透明度； 第一获取单元，用于从数据库中获取大气平均辐射温度； 第一计算单元，用于根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温； 第二获取单元，用于获取黑体定标源的辐射温度； 第二计算单元，用于根据所述大气亮温和辐射温度两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益； 第三计算单元，用于根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；迭代计算单元，用于对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述迭代计算单元包括 质量因子获取单元，用于从数据库中获取大气质量因子； 归一化处理单元，用于根据所述大气质量因子对所述定标波束照射方向的大气不透明度进行归一化处理； 系统计算单元，用于计算所述归一化处理单元处归一化处理后的曲线的系数； 第一判断单元，用于判断所述系统是否大于定标预设值，并将大于等于定标预设值的判断结果发送给第二判断单元；将小于定标预设值的判断结果发送给重新定标单元； 第二判断单元，用于在接收到大于等于定标预设值的判断结果时，确定所述归一化处理后的曲线为直线，并继续判断所述直线是否经过原点，并将经过原点的判断结果发送给确定单元；将不经过原点的判断结果发送给斜率计算单元； 第一确定单元，用于在接收到所述经过原点的判断结果时，将所述系统增益作为满足晴空定标模型新的定标数据； 斜率计算单元，用于在接收到所述不经过原点的判断结果时，计算所述直线的斜率； 发送单元，用于将所述斜率发送给设定单元； 重新定标单元，用于在接收到所述小于定标预设值的判断结果时，重新进行定标；所述设定单元，还用于根据将接收到的所述斜率作为新的天顶方向大气不透明度；所述第二计算单元，还用于根据设定单元设定的新的天顶方向大气不透明度重新计算系统增益。
8.根据权利要求6至7任一项所述的装置，其特征在于，还包括 传输单元，用于将迭代计算单元得到的满足晴空定标模型新的定标数据传输到微波高光谱辐射计的数字处理与系统控制单元中。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元包括 接收单元，用于接收所述黑体定标源发送的物理温度；所述物理温度作为黑体定标源的辐射温度所述，物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集得到的；或 主动获取单元，用于向所述黑体定标源主动获取黑体定标源发送的物理温度，所述物理温度为黑体定标源的辐射温度，所述物理温度是通过微波高光谱辐射计中的数字处理与系统控制单元中温度传感器采集得到的。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据库包括气象资料数据库和定标参数数据库，其中， 所述气象资料数据库，用于统计当地气象资料，并按月份排列后输出给定标参数数据库；其中，所述当地气象资料包括大气温度廓线、气压廓线和水汽压廓线； 所述定标参数数据库，用于存储接收到的当地气象资料，以及当地高频谱分辨率的大气吸收系数、大气平均辐射温度和大气质量因子，其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度。
11.根据权利要求6至10任一项所述的装置，其特征在于，所述微波高光谱晴空定标装置集成在微波高光谱辐射计、服务器或远程计算机中；或独立部署。
12.—种微波高光谱晴空定标系统，其特征在于，包括黑体定标源、定标波束控制单元和微波高光谱晴空定标装置，其中， 所述黑体定标源，用于作为微波高光谱辐射计两点定标中的热定标源，提供大气的辐射温度，所述辐射温度取决于自身的物理温度，所述物理温度通过微波高光谱辐射计数字处理与系统控制单元中的温度传感器采集得到；并将所述物理温度发送所述微波高光谱晴空定标装置； 所述定标波束控制单元，用于作为微波辐射计两点定标中的冷定标源；通过微波高光谱辐射计的微波反射镜指向的九个特定天空仰角控制定标波束，并测量晴空背景下所有定标波速的大气辐射温度，并计算所述大气辐射温度的大气平均辐射温度；将所述大气平均辐射温度发送给所述微波高光谱晴空定标装置，并存储到数据库中；其中，所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度； 所述微波高光谱晴空定标装置，用于设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；根据所述大气不透明度和所述定标波束控制单元发送的大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述黑体定标源包括锥形吸波材料和金属保温圆桶，并将所述锥形吸波材料放置于金属保温圆桶中，所述金属保温圆桶用于恒定吸波材料周围的物理温度。
14.根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述微波高光谱晴空定标装置如上述权利要求6至10任一项所述的微波高光谱晴空定标装置。
全文摘要
本发明公开了一种微波高光谱晴空定标方法、装置及系统，所述方法包括设定天顶方向晴空背景的大气不透明度；从数据库中获取大气平均辐射温度；所述大气平均辐射温度为不同地区、不同月份、不同频率以及不同仰角的大气平均辐射温度；根据所述大气不透明度和大气平均辐射温度计算天顶方向晴空背景的大气亮温；获取黑体定标源的辐射温度；根据所述大气亮温和辐射温度进行两点定标，计算微波高光谱辐射计的所有通道的系统增益；根据所述系统增益计算所有定标波速照射方向的大气不透明度；对所述大气不透明度进行迭代计算，获得满足晴空定标模型新的定标数据。本发明以提高微波高光谱辐射计的定标精度。
文档编号G01W1/18GK102830448SQ20121029899
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者苗俊刚, 谢衍, 聂军平, 龙涛 申请人:北京琨奇电子系统有限公司
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