[發明專利]確定球形黑體輻射引起的天線噪聲溫度的方法和設備

有效

• 申請號: 201910367474.2
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110209988B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 徐得珍;李贊;李海濤;郝萬宏;程承
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 延慧

本發明涉及確定球形黑體輻射引起的天線噪聲溫度的方法、設備和計算機可讀存儲介質，其針對球形黑體輻射引起的歸一化噪聲溫度的積分計算問題，通坐標系變換，將“不規則”積分區域變換為“規則”積分區域，通過球面三角公式得到了新坐標系下的積分函數，使積分計算變得易于處理。該方法模型清晰，便于數值計算，計算結果可用于相關場景下的測控性能分析。

技術領域

本發明一般地涉及航天測控技術領域。更具體地，本發明涉及用于確定球形黑體輻射引起的天線噪聲溫度的方法和設備。

背景技術

天體輻射噪聲是航天測控，特別是深空測控中必須考慮的影響因素。測控天線在指向探測器的同時，有時某些天體也會部分甚至全部進入測控天線的有效波束。例如，在月球探測任務中，測控天線跟蹤月球探測器時，月球也會進入測控天線波束內；又如，當太陽—航天器—測控天線共線(即日凌)時，太陽會進入測控天線波束內。此時，天體輻射會增大測控天線接收系統的噪聲溫度、降低接收信噪比，影響測控性能。

為合理安排測控弧段，可靠完成航天任務，需準確分析天體輻射噪聲帶來的接收天線噪聲溫度。在理論分析中，可以將這些天體模型化為具有特定輻射亮溫度的黑體。黑體輻射噪聲引起的測控天線的(歸一化)噪聲溫度為：

T_incr、T_b分別表示黑體輻射引起的接收噪聲溫度(增量)、黑體輻射亮溫度，G_r為測控接收天線的歸一化方向圖，θ_a為相對天線視軸方向的角度，為方位角。分子的積分范圍為黑體對測控天線形成的立體角范圍(disk)，分母的積分范圍為整個空間(4π)。用于表示天線方向圖的球坐標系的Z軸一般取天線視軸方向，如果仍在該坐標系中進行分子積分的計算，對于常見的球形(如月球、太陽等)天體或在計算輻射噪聲時可近似為球形的天體，積分區域就會變為位于球坐標系空間某一方位的圓錐形立體角，如圖1所示。對于這樣的“不規則”積分區域，即便采用數值積分方法，也不便處理。

發明內容

本發明基于前述背景，對常見的球形黑體輻射引起的天線噪聲溫度，將其分子積分轉換至以球形黑體方向為Z軸的球坐標系下，得到了“規則”積分區域，并利用球面三角公式，得到新坐標系下的天線方向圖Gr，從而獲得新坐標系下積分的顯式表達，便于數值積分。

為此，在一個方面中，本發明提供一種確定球形黑體輻射引起的天線噪聲溫度的方法，包括：

以球形黑體方向為Z軸，使XOZ平面通過測控天線視軸，建立球坐標系；

在所述球坐標系下，推導如下的黑體上任意一點與測控天線視軸的角距離θ_a表達式(1)，其中θ_a＞0，

其中，θ_off是黑體與所述測控天線視軸的角距離，是黑體上任意一點P的球坐標；

在所述球坐標系下，變換得到如下的天線歸一化方向圖表達式(2)和積分區域表達式(3),

其中disk表示球形黑體對測控天線所形成的立體角范圍，D表示球形黑體的角直徑，Ω表示以測控天線為頂點的立體角；以及

通過數值方法求積分，確定用于計算所述球形黑體輻射引起的歸一化噪聲溫度的表達式(4),

其中T_incr、T_b分別表示黑體輻射引起的接收噪聲溫度增量和黑體輻射亮溫度，G_r為所述歸一化方向圖，為方位角。

在一個實施例中，表達式(4)的分母積分在原球坐標系下進行。

在另一個方面中，本發明提供一種確定球形黑體輻射引起的天線噪聲溫度的設備，包括：