本发明属于空间微波遥感技术领域，涉及一种微波辐射计天线辐射效率测试方法及系统。
背景技术：
微波辐射计(microwaveradiometer)是用于测量目标自身微波辐射能量的被动遥感仪器，它通过接收目标自身的微波噪声辐射获取目标的特征信息，将输出数据进行反演，就可获得特定目标参数(主要是亮温值)，从而了解探测目标的物理特性。本质上，微波辐射计是一个高灵敏度的噪声接收机。微波辐射计通过天线接收来自目标的亮温值，经过接收机后将天线输出信号放大到一定功率，再进行检波，就能够得到辐射计输出的电压值，该电压值对应的就是辐射计接收功率，通过定标就能够获取天线端面接收的亮温值。然而，由于天线自身非理想特性(辐射效率不等于1)，其接收的部分能量以热损耗的形式被天线材料吸收，如果微波辐射计的定标不能够覆盖天线，则辐射计测量结果就会存在由天线辐射效率不准确而带来的误差，固必须要对天线的辐射效率进行高精度的测量确定，消除该部分影响。
目前，对于辐射计天线辐射效率测量方法仅在地面天线测试过程，通过测量、计算得到天线的方向性d0与天线增益g0相减而得到天线辐射效率。然而，这种测量方法的缺点在于，1)受天线测试系统测量精度影响，其测量精度一般低于0.2db，也就意味着，会对辐射计测量精度带来高达几k的误差，远远不能满足系统使用需求；2)该方法需要在地面的天线测试场中完成，测试过程复杂；3)该方法仅能够在地面进行测量，无法满足微波辐射计在轨天线辐射效率测量需求。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：提供了一种微波辐射计天线辐射效率测试方法及系统，与现有技术相比，使用本发明可大大提升天线辐射效率精度，能够满足辐射计系统应用需求。使用该方法不但能在地面进行测量，而且在轨运行时也能够进行高精度的测量。该方法克服了现有地面测试微波辐射计天线辐射效率的精度较差以及辐射计在轨运行时无法测量微波辐射计天线辐射效率的局限性。
本发明的技术解决方案是：
一种微波辐射计天线辐射效率测试方法，步骤如下：
1)定标微波辐射计接收机定标斜率和定标偏置；
2)使用微波辐射计天线观测亮温值已知的场景，获得此时微波辐射计的输出电压，测量微波辐射计天线的物理温度，根据定标结果计算微波辐射计接收机端面的亮温值；
3)根据已知场景的亮温值和微波辐射计接收机端面的亮温值，计算得到微波辐射计天线辐射效率。
所述定标微波辐射计接收机定标斜率和定标偏置的具体方法为：向微波辐射计接收机分别注入匹配负载温度
所述通过两点定标法获得微波辐射计接收机端面的定标斜率k和定标偏置b的方法为：
所述根据定标结果计算微波辐射计接收机端面的亮温值tin的具体公式为：
其中，va为使用微波辐射计天线观测亮温值已知场景时获得的微波辐射计的输出电压。
所述计算微波辐射计天线辐射计效率ηl的具体公式为：
其中，ta为已知场景的亮温值，tp为测量得到的微波辐射计天线的物理温度。
一种微波辐射计天线辐射效率测试系统，包括定标模块、数据采集模块和数据处理模块；
定标模块向微波辐射计接收机注入匹配负载温度以及噪声定标源温度，获得微波辐射计输出的与匹配负载温度以及噪声定标源温度相对应的输出电压，通过两点定标法定标接收机的定标斜率和定标偏置；
数据采集模块采集微波辐射计天线端面观测亮温值已知场景时微波辐射计输出的输出电压，并采集天线的物理温度；
数据处理模块根据定标斜率、定标偏置、已知场景的亮温值及微波辐射计天线的物理温度，计算微波辐射计天线辐射计效率ηl。
所述通过两点定标法获得微波辐射计接收机的定标斜率k和定标偏置b的具体公式为：
其中，
所述计算微波辐射计天线辐射计效率ηl的具体公式为：
其中，va为微波辐射计天线观测已知场景时微波辐射计的输出电压，ta为已知场景的亮温值，tp为测量得到的微波辐射计天线的物理温度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)采用本发明确定天线辐射效率，校正后误差小于0.05k，能够满足辐射计系统使用需求，不但能在地面进行测量而且在辐射计在轨工作时，也同样能够进行高精度的测量；
2)本发明方法仅需要传统辐射计接收机前端增加匹配负载、噪声定标源，以及在天线上布设热敏电阻用来测量天线物理温度即可，测试过程简单方便，能够在辐射计工作的同时进行天线辐射效率测量；
3)微波辐射计在轨工作时通过观测冷空或是地面定标场，可在轨确定天线辐射效率，解决了传统方法无法在微波辐射计在轨后确定天线辐射计效率的问题。
附图说明
图1为本发明涉及微波辐射计天线辐射效率测试方法示意图；
具体实施方式
如图1所示，一种微波辐射计天线辐射效率测试方法，包括步骤如下：
(1)根据定标方程，标定微波辐射计接收机定标斜率k和定标偏置b微波辐射计接收机定标方程为：
v＝ktin+b
其中，v为微波辐射计输出电压，tin为微波辐射计接收机端面的亮温值，k为定标斜率，b为定标偏置。
使用噪声定标源向微波辐射计接收机输入亮温值
使用匹配负载向微波辐射计接收机输入亮温值
联立方程就可以求得定标斜率k和定标偏置b为：
(2)微波辐射计观测亮温值为ta的已知场景，获取观测该场景时接收机端面的亮温值tin，通过温度测量手段(如热敏电阻温度传感器)，获取天线的物理温度tp。测得微波辐射计的输出电压结果为va。
通过两点定标结果计算得到此时微波辐射计接收机端面的亮温值为：
当微波辐射计在轨工作时，只需要其天线观测冷空(亮温值为2.7k)或者地面定标场就能够获取已知亮温的场景。
(3)计算天线辐射效率
微波辐射计天线端面亮温值与微波辐射计接收机端面亮温值的关系为：
tin＝ηlta+(1-ηl)tp
其中，ηl为天线辐射效率。
则天线辐射效率ηl计算公式为：
一种微波辐射计天线辐射效率测试系统，包括定标模块、数据采集模块和数据处理模块；
定标模块向微波辐射计接收机注入匹配负载温度以及噪声定标源温度，获得微波辐射计输出的与匹配负载温度以及噪声定标源温度相对应的输出电压，通过两点定标法定标接收机的定标斜率和定标偏置；
数据采集模块采集微波辐射计天线端面观测亮温值已知场景时微波辐射计输出的输出电压，并采集天线的物理温度；
数据处理模块根据定标斜率、定标偏置、已知场景的亮温值及微波辐射计天线的物理温度，计算微波辐射计天线辐射计效率ηl。
所述通过两点定标法获得微波辐射计接收机的定标斜率k和定标偏置b的具体公式为：
其中，
所述计算微波辐射计天线辐射计效率ηl的具体公式为：
其中，va为微波辐射计天线观测已知场景时微波辐射计的输出电压，ta为已知场景的亮温值，tp为测量得到的微波辐射计天线的物理温度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。