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2005’全国微波毫米波会议论文集
毫米波段典型目标辐射特性的研究
桂良启张祖荫郭伟
(华中科技大学电子与信息工程系,湖北武汉430074)
摘要: 典型目标微波辐射特性的测量是目标理论模型建立及识别的基础,文中对3utm、
8ram六种典型目标进行了辐射测最,并将测得的晴空亮温及水面亮温同相应理论模型计
算的亮温进行了对比研究,提出了根据地面气候条件来求取天空亮温的简单实用方法。
关键词:毫米波辐射;天空亮温:光滑水面;金属目标
地物微波辐射特性的研究就是根据不吲地物在不同的参数条件下辐射出的不同电
磁能量(即不同的微波辐射特性),利用微波辐射计测得其微波辐射特性数据,并以此
区分不同的地物,获得某些地物的特性参数。对天空、水面、草地、沥青路、水泥路、
黄十等典型目标进行辐射特性研究,在微波遥感、微波无源探测等方面都具有非常重要
的意义。其中,天空和水面目标辐射特性的研究显得尤为重要。
1.3mm、8ml波段天空亮温的研究
I.I晴空3mm、8milI天空亮温的理论模型
对于晴空大气,在微波范围内,散射可以忽略,能量的衰减主要是由吸收引起。晴
空微波天空亮温的贡献主要来自大气。p水汽和氧的热辐射,如果用地面辐射计测量,在
水平分层的大气中,天空辐射亮温可以表示为…:
7≥(,,口)=Jo (1)
r式毋为天顶角;f是频率:z是高度;r(z)大气热力学温度;镌(兀z)为高度:上大气
吸收系数;r(0,z)=e砖(,,z'secOdz。,为大气光学厚度。
计算水汽和氧气吸收系数的方法有很多,经过长期的实验观察,对水汽吸收系数我
们采用如下考虑了附加吸收的修改公式:
71V2P风T4”5exp(一644/r)(1—00147pT/P)·
‰=0.01107,0,,V2AVT。’+140 m、
{1,[(矿一22234)2+AV21+1/[(y+22.234)2+AV2];
其中,AV=2
58x10。P(I+0.0147p
TIP)F(T/318)。0“;k¨,:水汽吸收系数(分贝/公里);
矿:频率(千兆赫);T:温度(K);P:压力(毫巴);凡:水汽密度(克/米3)。
。∞a(队九西≤笋鲁三两+西△r/c △r/o
万丽‘丽+歹丽‘丽
其中,k,:氧气吸收系数(分贝/公里);c:光速(厘米/秒);V:频率(赫兹)
AV/c:线宽常数(厘米“),它仅取决于压力和温度。
2005’全国微波毫米波会议论文集
1.2晴空3m、8m天空亮温的工程计算方法
实际上在10公里高度水汽已经很稀薄。可以认为微波天守亮温丰要取决于对流层。
当利用(1)式计算微波天守亮温时,由于对流层的湍流运动,难以准确获得实测方向
的气象参数随高度的分布,因而影n向了理论计算的精度,同时计算公式复杂,不便于工
程使用。利用积分中值定理对(1)式进行化简得:
(4)
l。(臼)=一■F如一逝9k~“肚=‘(1-e-嫩0L~o肚)=乙(1一符。。)
从天空亮温表达式,以及辐射单元对天空亮温“贡献”角度出发,经分析得在高度
z为10公里时,L=I一5.3。其中,I为地面热力学温度。水汽和氧的吸收系数随高
度的变化可取为:k:。(z)=☆机。(O)exp(一0.5z):k(z)=k。2(0)exp(一0.183z)。
因此,利用地面气敦参数,由式(1)~(4)便可计算出不同天项角时的天空亮温。
1.33mm、8mm天空亮温的实验测量
1.3.1实验设备和方法
①8mm辐射计采用实验室自行研制的脉冲噪声注入零平衡辐射计。其频率为
34,75GHz,带宽110MHz,灵敏度O.5K(积分时间一秒)。所用喇叭天线的天线口面尺
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