本发明涉及一种材料毫米波辐射特性测量方法，特别是用于室内工作的材料毫米波辐射特性测量装置的测量方法。
背景技术：
毫米波被动成像系统利用目标之间的辐射特性差异实现场景与人体成像，掌握衣物、陶瓷刀等一些常用材料的毫米波辐射特性对于成像系统及隐匿违禁物品检测算法设计具有非常重要的作用。此外，隐身材料在武器装备中有着广泛的应用，隐身材料的毫米波辐射特性对分析材料的隐身特性具有重要意义。
发明专利“一种材料毫米波辐射特性的室内测量装置及测量方法”介绍了一种用于测量材料毫米波辐射特性的测量装置。该装置包括屏蔽暗箱，屏蔽窗，金属板，待测材料夹具，吸波材料，待测材料，毫米波辐射计，标准噪声源。测量时，毫米波辐射计天线分别对准吸波材料、待测材料和标准噪声源进行观测，利用该专利公开的测量方法对观测数据进行处理得到材料的毫米波辐射特性。该方法通过测量单层待测材料实现材料毫米波辐射特性测量，当材料具有极端毫米波辐射特性时(辐射率很大或者很小)，该方法具有较大的误差，无法满足极端辐射特性材料的测量精度要求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种材料毫米波辐射特性的室内测量装置与测量方法，满足极端辐射特性材料测量精度高的要求。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种材料毫米波辐射特性的室内测量装置，包括屏蔽暗箱、屏蔽窗、金属板、待测材料夹具、吸波材料、待测材料、毫米波辐射计和标准噪声源；所述屏蔽暗箱垂直固定在室内水平地面上，箱体内部铺满吸波材料，一侧放置毫米波辐射计，靠近毫米波辐射计的箱体侧面敞开；所述屏蔽窗固定并完全覆盖在暗箱的顶面，以顶面中线为界分为左侧屏蔽窗和右侧屏蔽窗，并通过把手实现开合，屏蔽窗位于暗箱内的侧面铺满吸波材料；所述金属板与暗箱底面呈45度夹角，且位于左侧屏蔽窗的正下方位置；所述待测材料夹具固定于右侧屏蔽窗的正下方位置，并与金属板保持平行，用于固定双层待测材料；所述标准噪声源放置于屏蔽箱中心位置的正上方位置。
进一步的，所述金属板宽度与屏蔽暗箱的宽度一致，金属板一宽边固定在左侧屏蔽窗的左侧宽边处，另一宽边固定在暗箱的底面中线处。
进一步的，所述毫米波辐射计固定在三脚架上，并保证辐射计天线中心与待测夹具平面中心处在同一水平线。
本发明还公布采用所述的材料毫米波辐射特性的室内测量装置进行室内测量的方法，包括以下步骤：
步骤1、利用毫米波辐射计分别对标准噪声源、吸波材料进行直接观测，得到对应的输出电压数据；
步骤2、将屏蔽暗箱上方的两个屏蔽窗同时关闭，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测，得到对应的输出电压数据；
步骤3、打开屏蔽暗箱左上方的屏蔽窗，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测，得到对应的输出电压数据；
步骤4、关闭屏蔽暗箱左上方的屏蔽窗，打开屏蔽暗箱右上方的屏蔽窗，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测，得到对应的输出电压数据；
步骤5、同时打开屏蔽暗箱上方的两个屏蔽窗，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测，得到对应的输出电压数据；
步骤6、对上述步骤中得到的辐射计电压数据进行处理，得到材料的辐射率、反射率及透射率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过测量两层待测材料使得测量误差分摊到每一层，进而提高了材料辐射特性的测量精度，满足极端辐射特性材料测量精度高的要求。
附图说明
图1：本发明的一种材料毫米波辐射特性的室内测量装置的结构示意图一。
图2：本发明的一种材料毫米波辐射特性的室内测量装置的结构示意图二。
图3：本发明的材料毫米波辐射特性测试情况一。
图4：本发明的材料毫米波辐射特性测试情况二。
图5：本发明的材料毫米波辐射特性测试情况三。
图6：本发明的材料毫米波辐射特性测试情况四。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种材料毫米波辐射特性的室内测量装置，如图1、2所示，包括屏蔽暗箱1，屏蔽窗2，金属板3，待测材料夹具4，吸波材料5，毫米波辐射计6，标准噪声源7，双层待测材料8；所述屏蔽暗箱1垂直固定在室内水平地面上，箱体内部铺满吸波材料5，靠近毫米波辐射计6的箱体侧面完全打通，并使辐射计完全接收来自箱体内部的水平方向的辐射；所述屏蔽窗2固定并完全覆盖在暗箱1的顶面，以顶面中线为界通过把手实现开合，屏蔽窗2位于暗箱内侧一面铺满吸波材料5；所述金属板3的宽度与屏蔽暗箱1的宽度一致，金属板3一宽边固定在左侧屏蔽窗2的左侧宽边处，另一宽边固定在暗箱1的底面中线处，与之呈45度夹角，并保证金属板3位于左侧屏蔽窗2的正下方位置，在打开左侧屏蔽窗2时金属板3整体能够暴露在外；所述待测材料夹具4用于固定双层待测材料8，双层待测材料之间的高度可以调节，待测材料夹具4大小和固定方式与金属板3相同，固定于右侧屏蔽窗2的正下方位置，并与金属板3保持平行；所述双层待测材料8固定于待测材料夹具4上；所述毫米波辐射计6固定在三脚架上，并保证距待测材料夹具4的水平距离约30cm；所述标准噪声源7放置于屏蔽箱1中心位置的正上方，并保证辐射到整个屏蔽箱1内的噪声能量均匀分布。
基于上述测量装置的材料毫米波辐射特性测量方法，包括下述步骤：
步骤1、利用毫米波辐射计分别对标准噪声源、吸波材料进行直接观测得到的电压为us、uabs，假设标准噪声源与吸波材料的亮温分别为ts、tabs。考虑到毫米波辐射计的输出电压与观测目标亮温呈线性关系，即：
ua＝cta+β(1)
式中，ua是辐射计输出电压，c是辐射计接收机定标系数，ta是辐射计观测目标亮温。因此
us＝cts+β(2)
uabs＝ctabs+β(3)
步骤2、如3所示，将屏蔽暗箱上方的两个屏蔽窗同时关闭，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测。设待测材料透射率为τ，反射率为ρ，辐射率为α，待测材料物理温度为t0。对双层待测材料测量时，毫米波辐射计测量得到的亮温tb1中包括双层材料自身的辐射亮温t1，吸波材料辐射经双层待测材料反射后的亮温t2以及吸波材料辐射经金属板反射再经双层待测材料透射后的亮温t3，即：
tb1＝t1+t2+t3(4)
其中，双层待测材料自身的辐射亮温t1由每层材料的辐射及两层待测材料之间经过多次反射透射的辐射等组成，其表达式为：
吸波材料辐射经双层待测材料反射后的亮温t2包括吸波材料辐射经过第一层待测材料反射后的亮温，以及在两层待测材料之间经过多次反射透射的亮温，其表达式为：
吸波材料辐射经金属板反射再经双层待测材料透射后的亮温t3包括吸波材料经过两层待测材料透射后的亮温，以及在两层待测材料之间经过多次反射投射的亮温，其表达式为：
由公式(5)、(6)、(7)可得：
对待测材料观测时，辐射计输出电压为：
ub1＝ctb1+β(9)
步骤3、如4所示，打开屏蔽暗箱左上方的屏蔽窗，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测,毫米波辐射计测量得到的亮温tb2中包括双层材料自身的辐射亮温，吸波材料经双层待测材料反射后的亮温，以及标准噪声源辐射经金属板反射再经待测材料透射后的亮温，即：
得到对应的输出电压：
ub2＝ctb2+β(11)
步骤4、如图5所示，关闭屏蔽暗箱左上方的屏蔽窗，打开屏蔽暗箱右上方的屏蔽窗，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测，毫米波辐射计测量得到的亮温tb3中包括双层待测材料自身的辐射亮温，标准噪声源辐射经双层待测材料反射后的亮温，以及吸波材料辐射经金属板反射再经双层待测材料透射后的亮温，即：
得到对应的输出电压：
ub3＝ctb3+β(13)
步骤5、如图6所示，同时打开屏蔽暗箱上方的屏蔽窗，利用毫米波辐射计对双层待测材料进行观测，毫米波辐射计测量得到的亮温tb4中包括双层待测材料自身的辐射亮温，标准噪声源辐射经双层待测材料反射后的亮温以及标准噪声源辐射经金属板反射再经双层待测材料透射后的亮温，即：
得到对应的输出电压：
ub4＝θtb4+β(15)
步骤6、对上述步骤中得到的辐射计电压数据进行处理，联立式(8)、(10)、(12)、(14)可得：
根据亮温与采集电压的线性关系可得：
求解方程组(17)可得：
式中，
α+ρ+τ＝1(19)
所以辐射系数α也可以求出。
因此，待测材料的透射系数τ，反射系数ρ和辐射系数α都可以求解出来。
测试例：
本测试例所使用辐射计的天线为卡塞格伦天线，口径为130mm，主波束宽度为3.9°，增益为30db，工作频率为31～38ghz；辐射计系统中心频率为34.5ghz，系统带宽为2ghz，积分时间为0.1s，灵敏度为0.3k；屏蔽箱的高度约为80cm，长为160cm，宽为80cm，内表面粘贴尖劈状的吸波材料。
根据图1和2布置实验条件，利用辐射计分别对标准噪声源、吸波材料、图3、4、5三种试验情况进行观测得到的输出电压ub1＝5.58v,ub2＝3.12v,ub3＝7.72v,us＝8.60v，uabs＝3.12v,将其带入公式(18)后得反射率为0.45、透射率为0.39、辐射率为0.16。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。