[科普中国]-系统噪声温度

系统噪声温度是一种利用微波辐射计测量出的物体微波辐射能量。微波辐射计是测量物体微波辐射能量的被动遥感仪器，为了实现定量测量，通常需要对微波辐射计进行周期性实时或准实时定标。当微波辐射计的接收机在所要求动态范围内满足线性度指标时，微波辐射计的定标需要通过对已知亮度温度的高温参考和低温参考的测量确定定标系数。

简介微波辐射计是用于测量物体微波辐射能量的被动遥感仪器，为了实现定量测量，通常需要对微波辐射计进行周期性实时或准实时定标。当微波辐射计的接收机在所要求动态范围内满足线性度指标时，微波辐射计的定标需要通过对已知亮度温度的高温参考和低温参考的测量确定定标系数。星载微波辐射计作为一种以卫星为平台的辐射计，包括用于对观测区域成像测量的扫描波束成像辐射计和用于对星下路径上微波辐射进行测量的固定波束辐射计。

对于采用固定波束进行星下观测的固定波束微波辐射计及早期的扫描成像微波辐射计，采用指向冷空的喇叭天线作为定标的低温参考和采用精密温控或测温的定标负载作为高温参考是一种常用的定标方式。它通过开关的切换使接收机交替地接收来自高温匹配负载、冷空背景辐射和观测视场内的微波辐射信号以实现定标和观测。采用这种定标系统结构简单，但是观测信号和定标信号是通过不同的路径进入接收机的，因此天线温度TA的测量和冷空定标支路和观测支路的天线、波导，匹配负载和开关的无线电技术特性以及它们的温度有关。星载微波辐射计在轨运行时，处于高真空的太空环境中，它与外部环境的传热主要通过辐射方式进行。由于天线与太阳相对位置的变化、地球与卫星本体对太阳遮挡等的影响，太阳辐射和冷空背景辐射可使天线、天线与接收机之间的连接波导、实现定标与测量信号切换的开关以及接收机的温度发生变化。在最坏情况下，裸露在卫星舱外的天线物理温度的变化值可达±150℃;而在卫星舱内，一般将温度控制在常温水平，在5-35℃以内1。

TOPER卫星上的微波辐射计TMR以TOPER卫星上的微波辐射计TMR为例TMR在飞行的前六个月的温度随着太阳和地球之间的连线与轨道平面的夹角的周期变化而变化，最低温度为5℃，最高温度可达到25℃。天线、波导和开关的接触面存在微小的不平度和它们之间的真空空隙，使得接触热阻增大，而且天线和波导部分裸露在卫星舱外，开关接收机部分在舱内，太空环境和卫星舱内环境的温度差异将使连接开关和天线的波导存在一定的温度梯度，这将会对计算波导的噪声温度带来影响，进而形成天线温度TA的相应变化。

主要对星载微波辐射计的天馈系统噪声温度特性进行分析，研究如何对天馈系统进行温度监测，以满足天线温度测量精度的要求。

天馈系统噪声温度分析星载微波辐射计观测支路和定标支路具有相似的结构，不失一般性，以观测支路为例分析观测支路天馈系统各部分元件对观测信号的影响。观测信号TA经反射面、馈源、连接波导和选通开关到达接收机，由于上述器件都有一定的损耗，它们内部的噪声温度将对天线温度TA形成新的贡献。

因此，要想精确测量天线温度TA，必须知道天馈系统各部分的噪声温度。首先分析反射面对天线温度的影响2。

总结星载微波辐射计在轨运行时，太空环境的剧烈变化引起了星载微波辐射计天线、波导和接收机物理温度的变化，改变了它们的噪声温度，这将引起天线温度的变化并对系统定标和测量精度产生影响。

分析了反射面对观测信号的影响，分析发现反射面相当于一个无损器件，不对信号产生衰减，对信号也没有贡献；计算了天线在-150℃-150℃温度变化范围内的自身噪声温度，结果表明天线噪声温度均随着自身物理温度的变化而变化，需要对上述器件进行实时温度监测，以满足天线温度测量的要求3。

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学