一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用微波辐射计被动测量太阳辐射随日地距离变化关系来测量地球轨道偏心率的方法，该方法只需在近日点和远日点附近时间利用微波辐射计自身观测太阳辐射亮温，无需其他测试仪器仪表和特殊测试环境就可实现地球公转轨道偏心率的测量。本发明专利技术利用微波辐射计被动测量太阳辐射法测量地球轨道偏心率的技术避免了复杂的天文计算和仪器观测，仅仅通过微波辐射计自动跟踪观测太阳，即可直接测量出地球轨道偏心率。接测量出地球轨道偏心率。接测量出地球轨道偏心率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法


[0001]本专利技术属于被动微波遥感探测领域，具体涉及一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法。

技术介绍

[0002]地球轨道偏心率的变化对地球公转椭圆轨道有明显的影响，造成了日地距离微小的周期性变化。近几年对气候的研究中发现地球轨道偏心率周期振荡往往对应着气候变化的一些重要事件，此外地球轨道偏心率对卫星轨道参数设计和天文观测等都有一定的影响。因此，地球轨道偏心率的监测是一项重要的工作。现如今地球轨道偏心率一般通过天文望远镜观测以及复杂的天文计算获得，这种观测计算方式对于设备和技术水平要求高，计算较为复杂，而且这些设备普通人难以接触到，不利于我们长期观测和监测地球轨道偏心率的变化。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，该方法不仅避免了复杂的天文计算和观测，对观测环境要求低且易于实现，能够实现自动测量和长期监测，该技术不仅实现了地球轨道偏心率的监测，同时还扩展了微波辐射计的应用领域。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的，提供一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，包括以下步骤：
[0005]S1实时计算太阳方位角、高度角；
[0006]S2控制转台使天线指向太阳，所述转台为方位和俯仰转台；
[0007]S3固定天线仰角，通过步进方式控制微波辐射计转台天线指向太阳中心位置，控制方位转台转动天线扫描太阳，观测各方向的亮温；
[0008]S4移动天线方位，使得太阳不在天线波束内，控制天线俯仰对天空进行扫描，利用俯仰天空扫描数据计算各个仰角的大气衰减；
[0009]S5校准大气衰减，计算没有大气衰减时候观测的太阳辐射到达天线的辐射亮温；
[0010]S6根据S4及S5计算得到地球轨道偏心率。
[0011]特别的，所述S1根据日地轨道关系，计算太阳方位角A
z
和高度角El，具体按照如下公式进行计算：
[0012]T0＝(t
s
‑
12)
·
15
°
(1)，
[0013]E
l
＝arcsin(sinθ
lat
sinδ+cosδcosT0)(2)，
[0014][0015]于公式(1)中，t
s
为太阳时角,于公式(2)和公式(3)中，δ为太阳赤纬，θ
lat
为微波天线所在纬度。
[0016]特别的，所述S3中方位转台在角度
‑
10
°
～10
°
内转动天线扫描太阳。
[0017]特别的，所述S3中亮温包括太阳辐射经过大气衰减到达天线的亮温和大气辐射亮温，当太阳在天线波束内时，天线观测的亮温按如下公式计算：
[0018][0019]当太阳不在波束内时，观测天空时的亮温按如下公式计算：
[0020][0021]所述太阳辐射到达天线被接收的亮温由公式(4)和公式(5)相减得到，整理后得到如下公式：
[0022][0023]于公式(4)
‑
公式(6)中，所述为天线方位角，θ为俯仰角，Ω
S
为太阳波束立体角，Ω
A
为天线波束立体角,T
m
为大气平均辐射温度，T
bg
＝2.75K为宇宙背景辐射亮温，T
sun
为太阳平均辐射亮温，τ(θ)为天线指定角度的大气厚度。
[0024]特别的，所述S4中大气衰减按如下公式计算：
[0025]所述天线指定角度的大气厚度按如下公式进行计算：
[0026][0027]特别的，所述S5具体按如下方式实施：
[0028]将公式(7)带入公式(6)中进行大气衰减校准，整理后得到如下公式，经计算即可得到没有大气衰减的太阳辐射到达天线的亮温，
[0029][0030]于公式(8)中，x、y为天线波束中心与太阳中心在方位和俯仰两个方向上的角距。
[0031]特别的，所述S6具体按如下方式实施：
[0032]S61经过S3天线在太阳周围旋转扫描后，得到天线方向图，该天线扫描图按高斯天线模型函数表示如下：
[0033][0034]于公式(9)中，θ为天线波束宽度，A
d
为辐射计对准太阳中心观测的亮温；
[0035]S62计算辐射计对准太阳观测的亮温，首先按如下公式计算太阳立体角Ω
s
：
[0036]Ω
s
＝2π(1
‑
cosθ)(10)，
[0037]于公式(10)中，由于日地距离较远，太阳视角θ按如下公式计算：
[0038][0039]于公式(11)中，r为太阳半径，d为日地距离；
[0040]综上，天线立体角按如下公式计算：
[0041][0042]将公式(12)带入公式(8)整理后得到辐射计对准太阳观测的亮温ΔT
sun
：
[0043][0044]S63根据辐射计对准太阳观测的亮温ΔT
sun
计算出太阳在近日点的亮温和远日点的亮温
[0045][0046][0047]于公式(14)、公式(15)中，c为地球轨的焦距，a为地球的长半轴，a
‑
c为太阳在近日点的日地距离，a+c为太阳在远日点的日地距离；
[0048]S64地球轨道偏心率计算：
[0049]将公式(14)和公式(15)的比值M如下：
[0050][0051]将公式(16)右边分子分母同时除以a，获得如下公式：
[0052][0053]整理公式(17)即可计算出地球轨道偏心率e：
[0054][0055]本专利技术提供一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，具有以下有益效果：
[0056]1)同传统的天文观测对比，本专利技术采用了对环境要求低，无需其他精密测试仪表，就可以实现地球轨道偏心率的测量，不但具有与理论计算相同的结果，而且减少了观测的复杂度；
[0057]2)本专利技术利用微波辐射计自身实现地球轨道偏心率的测量，计算过程简单结果准确并且迅速；
[0058]3)本专利技术可用于太阳辐射变化监测，扩展了微波辐射计的应用领域。
【附图说明】
[0059]图1为采用微波辐射计观测太阳的示意图；
[0060]图2为利用微波辐射计扫描太阳辐射亮温结果图；
[0061]图3为利用高斯函数模型拟合太阳扫描数据结果图；
[0062]图4利用辐射计在近日点和远日点时刻附近观测的太阳辐射亮温结果图。
【具体实施方式】
[0063]于本专利技术中，所述的方位扫描指的是微波辐射计天天线仰角固定，只转动天线方位转台进行观测，俯仰扫描指的是固定天线方位转台，转动天线俯仰转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1实时计算太阳方位角、高度角；S2控制转台使天线指向太阳，所述转台为方位和俯仰转台；S3固定天线仰角，通过步进方式控制微波辐射计转台天线指向太阳中心位置，控制方位转台转动天线扫描太阳，观测各方向的亮温；S4移动天线方位，使得太阳不在天线波束内，控制天线俯仰对天空进行扫描，利用俯仰天空扫描数据计算各个仰角的大气衰减；S5校准大气衰减，计算没有大气衰减时候观测的太阳辐射到达天线的辐射亮温；S6根据S4及S5计算得到地球轨道偏心率。2.根据权利要求1所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S1根据日地轨道关系，计算太阳方位角A
Z
和高度角E
l
，具体按照如下公式进行计算：T0＝(t
s
‑
12)
·
15
°
(1)，E
l
＝arcsin(sinθ
lat
sinδ+cosδcosT0)(2)，于公式(1)中，t
s
为太阳时角,于公式(2)和公式(3)中，δ为太阳赤纬，θ
lat
为微波天线所在纬度。3.根据权利要求1所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S3中方位转台在角度
‑
10
°
～10
°
内转动天线扫描太阳。4.根据权利要求2所述的一种利用微波辐射计被动测量地球轨道偏心率的方法，其特征在于，所述S3中亮温包括太阳辐射经过大气衰减到达天线的亮温和大气辐射亮温，当太阳在天线波束内时，天线观测的亮温按如下公式计算：当太阳不在波束内时，观测天空时的亮温按如下公式计算：所述太阳辐射到达天线被接收的亮温由公式(4)和公式(5)相减得到，整理后得到如下公式：
于公式(4)
‑
公式(6)中，所述为天线方位角，θ为俯仰角，Ω
S
为太阳波束立体角，Ω
A
为天线波束立体角,T
m

【专利技术属性】
技术研发人员：雷连发，王振会，秦江，朱磊，陈瑞，卢建平，马盈盈，
申请(专利权)人：北方天穹信息技术西安有限公司，
类型：发明
国别省市：