[發明專利]一種利用太陽輻射測量天線方向圖的方法

有效

• 申請號: 202110635512.5
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113341238B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 雷連發;陳瑞;王振會;朱磊;秦江;盧建平
• 申請（專利權）人: 北方天穹信息技術（西安）有限公司
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10;G06F17/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 郭秉印

1.一種利用太陽輻射測量天線方向圖的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1實時計算太陽方位角和高度角；

S2控制轉臺，使天線指向太陽，所述轉臺為方位和俯仰轉臺；

S3根據計算獲得天線在太陽中心周圍掃描的亮溫散點圖，所述S3具體通過以下方法實現：

S31固定轉臺的天線仰角，通過步進方式控制轉臺天線指向太陽中心位置，控制方位轉臺在角度-10°～10°轉動天線掃描太陽，觀測各頻點太陽輻射強度，所述太陽輻射強度為經過大氣衰減到達天線的信號和大氣自身輻射信號；

S32改變轉臺的天線仰角，重復S31，天線的方位和仰角步進范圍在太陽中心-10°～10°范圍內，實現對太陽中心周圍的柵格掃描；

S33按如下公式計算天線觀測的亮溫：

于公式(4)中，所述為天線方位角，θ為俯仰角，Ω_s為太陽波束立體角，Ω_A為天線波束立體角,T_m為大氣平均輻射溫度，T_bg＝2.75K為宇宙背景輻射亮溫，T_sun為太陽平均輻射亮溫，τ(θ)為天線指定角度的大氣厚度；

S4移動天線方位，使得太陽不在天線波束內，控制天線俯仰對天空進行掃描，計算各個仰角的大氣衰減，并校準大氣衰減，計算沒有大氣衰減時觀測到的太陽輻射到達天線的亮溫，所述S4中觀測天空時的亮溫按如下公式計算：

太陽輻射到達天線被接收的亮溫為公式(4)和公式(5)相減后得到，整理后得到如下公式：

按如下公式計算大氣衰減，即天線指定角度的大氣厚度τ(θ)：

將公式(7)計算的大氣衰減代入公式(6)中進行大氣衰減校準，整理后得到如下公式，經計算即可得到沒有大氣衰減的太陽輻射到達天線的亮溫，

于公式(8)中，x、y為天線波束中心與太陽中心在方位和俯仰兩個方向上的角距；

S5利用高斯輻射模型擬合得到天線方向性函數及天線波束寬度，所述S5中天線方向性函數及天線波束寬度分別按照如下公式計算：

于公式(9)和公式(10)中，θ_H為天線H面的天線波束寬度，θ_E為天線E面的天線波束寬度，G為天線增益模型，經過公式(9)和公式(10)通過擬合即可求得天線三維方向性函數和天線波束寬度；

S6校準計算天線增益，所述S6中天線最大增益按照如下公式計算：

于公式(11)中，Ω_D為太陽立體角，R為比例因子，天線模型的校準因子C_r按如下公式計算：

公式(12)中，θ_D為太陽角徑，θ_A為天線波束寬度；

比例因子R按照如下公式積分得到：

S7計算天線有效接收面積和孔徑效率。

2.根據權利要求1所述的一種利用太陽輻射測量天線方向圖的方法，其特征在于，所述S1根據日地軌道關系，計算太陽方位角Az和高度角E_l，具體按照如下公式進行計算：

T₀＝(t_s-12)·15° (1)，

E_l＝arcsin(sinθ_latsinδ+cosδcosT₀) (2)，

于公式(1)中，t_s為太陽時角,于公式(2)和公式(3)中，δ為太陽赤緯，θ_lat為微波天線所在緯度。

3.根據權利要求2所述的一種利用太陽輻射測量天線方向圖的方法，其特征在于，所述S7中天線有效接收面積A_e和孔徑效率η按照如下公式計算：

η＝A_e/A_g*100 (15)。