一种多通道定标网络传输效率因子的高精度测试方法

技术领域

本发明涉及一种多通道定标网络传输效率因子的高精度测试方法，属于空间微波遥感技术领域。

背景技术

传统实孔径辐射计馈源通道数量少，利用外部辐射源、冷空反射镜从馈源口面馈入，完成辐射计系统的两点定标。为了同时实现高分辨率、大幅宽观测，受到机械转动、灵敏度、分辨率等多方面的限制，圆锥扫描形式目前只能够实现7m天线口径的应用，然而继续增大天线将带来更大的工程难题，难以实现；以综合孔径辐射计、数字波束合成推扫辐射计作为新体制辐射计的代表，采用多馈源、多通道阵列技术实现高分辨率对地观测，无需机械扫描，一次成像就能获取宽幅视场，并且易于扩展，是未来高分辨率甚至超高分辨率微波辐射计发展方向。

针对多馈源、多通道辐射计系统难以实现天线口面的两点定标，需要采用定标网络实现多路定标信号同时同源的注入多路接收机，通过定标网络分时输出高温源、常温源对所有接收机进行两点定标，实现辐射计系统的绝对定标。定标网络内部采用功分网络的形式将一路定标信号功分成多路定标信号，以供多路接收机进行定标，但是功分后的定标信号受定标网络传输效率因子的影响，导致输入至多路接收机的定标信号与定标网络理想定标信号之间存在不同，且功分后的多路定标信号之间也存在不同。定标网络输出定标信号的未知，导致不能对多路接收机进行高精度的定标。

为了提升多馈源、多通道辐射计系统的测量精度，需要对定标网络的传输效率因子进行高精度的测量，在此基础上为所有接收机提供已知的定标信号，完成辐射计系统的绝对定标。目前测量定标网络传输效率因子主要采用矢量网络分析仪，但是该方法测量精度有限，不能满足辐射计系统的高精度测试需求。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种多通道定标网络传输效率因子的高精度测试方法，提升了多通道定标网络传输效率因子测试精度，使得定标网络能够为多馈源、多通道辐射计系统提供高精度定标信号以实现绝对定标。

本发明解决的技术方案为：一种多通道辐射计定标网络传输效率因子测试方法，多通道辐射计包括N个接收机，每个接收机包括两个接收端口，分别记为端口A和端口C，该方法步骤如下：

S1、测量多通道辐射计N个接收机的等效噪声温度敏感性STR

S2、利用匹配负载对接收机开展单点定标，得到N个接收机端口A的物理温度T

S3、根据多通道辐射计定标网络内部噪声源产生的高温源和常温源分别注入N个接收机时接收机输出功率以及步骤S2获取的接收机端口C在物理温度分别为T

S4、利用多通道辐射计定标网络内部噪声源产生的高温源信号亮温、常温源信号亮温与输出端口信号亮温之间的关系联立方程组，计算方程组，得到多通道辐射计定标网络内部噪声源产生的高温源信号亮温T

S5、根据受传输效率因子影响时多通道辐射计定标网络输出端口的高温源信号亮温

优选地，步骤S1的具体实现如下：

S1-1、将辐射计N个接收机置于温箱中，设置温箱温度为T1，采用两点定标法，测量得到N个接收机端口A在物理温度分别为T

S1-2、将辐射计N个接收机置于温箱中，设置温箱温度为T2，采用两点定标法，测量得到N个接收机端口A在物理温度分别为T

S1-3、通过步骤S1和S2获取的增益及等效噪声温度，分析得到接收机等效噪声温度敏感性STR

优选地，所述N个接收机等效噪声温度敏感性STR

优选地，所述接收机端口A与端口C的不一致因子L

优选地，所述步骤S2中单点定标方法为：

将多通道辐射计定标网络的N个输出端口与N个接收机的端口C一一相连，N个接收机的端口A连接匹配负载，控制N个接收机内部开关切换至端口A，测量得到N个接收机端口A的物理温度T

根据N个接收机等效噪声温度敏感性对等效噪声温度进行温度特性修正，得到N个接收机物理温度为T

其中，

优选地，N个接收机端口C在物理温度分别为T

其中，P

优选地，N个接收机端口C在物理温度分别为T

优选地，受传输效率因子影响时定标网络输出端口的高温源信号亮温

优选地，受传输效率因子影响时定标网络输出端口的常温源信号亮温

优选地，定标网络内部噪声源产生的高温源信号亮温T

利用多通道辐射计定标网络内部噪声源产生的高温源信号亮温、常温源信号亮温与输出信号亮温之间的关系联立方程组，获取

对

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明基于多通道辐射计系统，利用辐射计系统自身高精度、高灵敏度的辐射测量特性对多通道定标网传输效率因子的测量采用辐射测试方法，其测量精度高于传统矢量网络分析仪测试方法。

(2)、本发明在获取了接收机的特征参数后，将定标网络多通道与接收机一一连接，通过控制信号将定标网络的定标信号同时注入多路接收机，将接收机定标结果传递至定标网络的高温源、常温源，计算出高温源、常温源受传输效率因子影响前后的绝对值。

(3)、本发明利用多个接收机与定标网络相连接一次测试即可完成定标网络所有通道的传输效率因子，而传统的矢量网络分析仪端口有限，需要分时完成多通道定标网络传输效率因子的测试，极大的提升了多通道定标网络传输效率因子的测试效率，且避免了传统测试方法由于长时间测量带来的定标网络特性随温度变化而发生变化的问题。

(4)、本发明在接收机端口C的增益和等效噪声温度获取时，针对增益量级大的特性导致测试过程中小的不确定性即可引入较大的误差，利用匹配负载对接收机开展单点定标；

(5)、本发明针对接收机等效噪声温度量级小的特征，实时监测接收机的物理温度结合接收机的温度敏感性，即可实时获得接收机的等效噪声温度；

(6)、本发明基于接收机端口不一致因子将实时获取的增益和等效噪声温度从接收机端口A转换至连接定标网络的端口C。

附图说明

图1本发明接收机增益及等效噪声温度测试示意图；

图2本发明多通道定标网络传输效率因子测试示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

相比于传统实孔径辐射计，多馈源多通道辐射计系统具有分辨率高、无需机械扫描一次成像就能形成宽幅的微波辐射测量且易于扩展的特点，是未来高分辨率甚至超高分辨率微波辐射计的发展方向。多馈源多通道辐射计系统由于馈源多、通道数多，无法从馈源口面完全两点定标，需要通过多通道定标网络提供高温源、常温源两级定标信号注入到接收机，对所有接收机完成两点定标，获得增益及等效噪声温度，才能够完成多馈源多通道辐射计系统的绝对定标。

定标网络需要实现一高一低两级定标信号，且同时提供多通道的定标信号。为了保证定标信号同源、同时的特点，定标网络通常由噪声源、衰减器、开关、功分网络组成。定标网络的开关为单刀双掷开关，包括：两个不动端和一个动端；噪声源一路通过衰减器衰减后得到常温源，送至定标网络开关的一个不动端，另一路直接送至定标网络开关的另一个不动端，定标网络开关的动端连接功分网络的输入；功分网络的输出分别连接所有接收机的端口C。定标网络由噪声源提供的定标信号绝对值未知，经过功分网络后输出的定标信号绝对值未知，导致无法完成多通道辐射计系统的绝对定标。本发明提供了一种多通道定标网络传输效率因子的高精度测试方法，能够获取定标网络不受传输效率因子影响的定标信号绝对值和定标网络的传输效率因子。

本发明提供了一种多通道辐射计定标网络传输效率因子的高精度测试方法，具体步骤如下：

S1、将多通道辐射计N个接收机置于温箱中，每个接收机有两个接收端口，分别为端口A和端口C，设置温箱温度为T1，将同轴定标源遍历连接至多通道辐射计N个接收机的端口A和端口C，同轴定标源输出两级定标信号，记录数字相关器输出的接收机输出信号功率和温度巡检仪输出接收机物理温度，两点定标得到接收机1～接收机N端口A在物理温度分别为T

优选方案具体如下：

接收机增益及等效噪声温度测试原理框图如图1所示，将N个接收机置于温箱中，设置温箱的温度为T1：将同轴定标源与接收机1的端口A相连接，控制配电器输出控制信号1使得接收机1开关切换至端口A，设置同轴定标源输出定标信号亮温为T

两点定标则可得到接收机1端口A在物理温度为T

将同轴定标源与接收机1的端口C相连接，控制配电器输出控制信号使得接收机1开关切换至端口C，设置同轴定标源输出定标信号亮温为T

两点定标则可得到接收机1端口C在物理温度为T

同理，将同轴定标源遍历连接接收机2～接收机N的端口A和端口C，则可得到接收机2～接收机N端口A在物理温度分别为T

S2、将N个接收机置于温箱中，设置温箱温度为T2，将同轴定标源遍历连接至N个接收机的端口A和端口C，同轴定标源输出两级定标信号，并记录记录数字相关器输出功率信号和温度巡检仪输出接收机物理温度，两点定标得到接收机1～接收机N端口A在物理温度分别为T

优选方案具体如下：

与步骤S1相比，步骤S2将温箱的温度设置为T2，同样将同轴定标源遍历连接接收机1～接收机N的端口A和端口C，则可得到接收机1～接收机N端口A在物理温度分别为T

S3、通过步骤S1和S2获取的增益及等效噪声温度，分析得到接收机等效噪声温度敏感性STR

优选方案具体如下：

接收机1～接收机N在端口A的等效噪声温度敏感性STR

接收机1～接收机N在端口A与端口C的不一致因子L

本步骤利用不同温度条件下获取的等效噪声温度得到了等效噪声温度的温度敏感特性。接收机端口A与端口C的不一致因子通过两个温度条件下测试结果作平均值得到，有利于消除测试过程中的不稳定性而提升测试精度。

S4、将多通道定标网络的N个输出端口与N个接收机的端口C相连接，N个接收机的端口A连接匹配负载，控制配电器输出控制信号1，控制N个接收机内部开关切换至端口A，记录数字相关器输出功率和温度巡检仪输出接收机物理温度，单点定标得到接收机端口A的增益，再对接收机端口A的等效噪声温度进行温度修正得到端口A等效噪声温度，结合步骤S3获取的接收机端口不一致因子得到接收机端口C的增益

由于接收机增益量级通常比较大，约大于10

如图2所示，将多通道定标网络的N个输出端口与N个接收机的端口C相连接，N个接收机的端口A连接匹配负载。控制配电器输出控制信号1，控制N个接收机内部开关切换至端口A，温度巡检仪输出接收机的物理温度为T

接收机端口A连接匹配负载时，接收机输入噪声信号等效为接收机的物理温度(T

利用步骤S3获得的接收机端口A与端口C的不一致因子，将端口A的增益及等效噪声温度转换至端口C，得到所有接收机端口C在物理温度为(T

S5、控制配电器输出控制信号2，以控制所有接收机内部开关切换至端口C，控制配电器输出控制信号3，以控制定标网络内部开关切高温源，记录数字相关器输出功率；控制配电器输出控制信号4，控制定标网络内部开关切常温源，记录数字相关器输出功率；结合步骤S4获取的接收机端口C的增益及等效噪声温度，可以获取受传输效率因子影响时定标网络输出端口的高温源信号亮温

优选方案如下：

当定标网络内部开关切换至高温源，内部噪声源产生定标信号的亮温T

当定标网络内部开关切换至常温源，内部噪声源产生定标信号亮温为T

S6、利用定标网络内部噪声源产生的高温源信号亮温、常温源信号亮温与多通道定标网络端口输出信号亮温之间的关系联立方程组，获取定标网络内部噪声源产生的高温源信号亮温、常温源信号亮温，结合步骤S5获取的定标网络受传输效率因子影响后输出的定标信号亮温，求解得到定标网络的传输效率因子χ

优选方案如下：

受定标网络传输效率因子χ

式中T

根据式(10)，定标网络传输效率因子χ

同理，当定标网络内部噪声源产生常温源信号亮温T

定标网络传输效率因子χ

式(11)和式(13)联立成等式：

式(14)表示了定标网络N个端口的输出定标信号亮温与内部噪声源产生高温源信号亮温、内部噪声源产生常温源信号亮温之间的关系，在N个等式中任选两个等式i和j(i≠j)联立方程组：

对式(15)进行方程求解，(i＝1～N-1,j＝i+1～N)共组成

通过式(16)得到

式中，mean()表示对数组求平均。

优选方案如下：

通过式(10)和式(12)相减可得定标网络传输效率因子χ

将式(17)的结果代入式(18)即可获得定标网络N个通道的传输效率因子χ

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。