Способ дистанционного определения радиояркостной температуры поверхности Советский патент 1990 года по МПК G01R29/08 G01S13/95 

Изобретение относится к дистанционному зондированию Земли и может быть использовано при неконтактных измерениях характеристик подстилающей поверхности.

Цель изобретения - повышение точности определения радиояркостной температуры в условиях воздействия радиопомех, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности ан- тенкы, суммарная мощность которых не

выходит за пределы динамического диапазона радиометрического приемника и не зависит от ориентации антенны.

На чертеже схематически изображен процесс измерений, реализующий предлагаемый способ дистанционного определения радиояркостной температуры поверхности.

На одном носителе установлены две антенны, соответствующие первому и второму направлениям визирования,

каждая из которых принимает сверх- i высокочастотный (СВЧ). сигнал с соответствующего участка земной поверхности. Радиометрические каналы, сое- диненные с каждой из антенн, идентичны. При расстоянии между участками на Земле, равном 1, мгновенные значения сигналов на выходе радио- метЈических каналов равны

U,(t)U,(t)+n(t);m

Ut(t)Ui(t)+n(t)Ut,(t-rj+n(t) , u где U,(t), UjiCt) - напряжения, соответствующие интен- сивностям собст- венного СВЧ-излу- чения первого и второго участков земной поверхности;n(t) - интенсивность сигнала радиопомехи; Ј 1/VH;

V н - скорость летательного аппарата. В (1) учтено установленное в многочисленных авиационных экспериментах свойство мгновенной изотропности радиопомех: электромагнитное поле помех является рассеянным полем от MHO- гих источников излучения, удаленных на десятки и сотни километров друг от друга, тогда как расстояние 1 между первым и вторым участками составляет десятки или сотни метров.

Рассмотрим более подробно процесс выделения сигнала на фоне радиопомех. В момент времени t, на выходах первого и второго радиометрических каналов имеются напряжения (первая цифра в индексе - номер канала, вторая цифра в скобках - номер цикла измерений)

S((0 ui(0 +n,(t);

UiCO U4(0 +n,(t), где ( - цикл первый.

Разность напряжений на выходах каналов радиометров во время t

AU,U(0 -U2(r).(3).

Ј момент времени ,+Ј (цикл 2)

U (1) и,(г1+п4и);

(l)+nZL(t);(4)

(2) -ViM Сумма разностных сигналов получается из (3) и (4):

&U, ,w +Ци) -UiW -U2W . (5) Учитывая, что %(ni 1(4-1) выражение (5) приобретает вид

iU. .(6)

При смещении летательного аппарата еще на расстояние 1 напряжения на выходах радиометрических каналов приобретают вид

+п(О;

UK) eU4(-,)+n9(t);(7)

,(,}-U2(5) . Из (6) и (7) определяют ,1+&U3 U1(,)-Uz(i) . Очевидно, что

25 -JQ

35 21йи; и,(„ги2Ы йип,

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности определения радиояркостной температуры в условиях воздействия радиопомех, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, суммарная мощность которых не выходит за пределы динамического диапазона радиометрического приемника и не зависит от ориентации антенны. Для этого одновременно с измерением с борта летательного аппарата уровня излучения в СВЧ-диапазоне длин волн, принимаемого с 1-го направления визирования от 1-го измеряемого эл-та, дополнительно осуществляют синхронный прием излучения от 2-го измеряемого эл-та поверхности со 2-го направления визирования под углом Θ к вертикали. При этом 1-й и 2-й наблюдаемые эл-ты лежат на фиксированном расстоянии L друг от друга на одной линии, образуемой пересечением 1-го направления визирования с исследуемой поверхностью, которая периодически проходит через расположенные рядом реперные участки с водной поверхностью и сушей, размеры которых превышают L. Далее по ф-ле определяют радиояркостную температуру исследуемой поверхности. 1 ил.

Выделение полезного сигнала на фоне помех производится посредством сравнения сигналов U, и U4:

bU(t)U,(t)-Ut(t)U4(t)-U1(t-t).

Полезный, сигнал выделяется в виде текущих приращений (вариаций) и тем самым реализуется концепция относительных измерений на фоне радиопомех в которых по результатам измерений UU(t) и известному уровню U(t-Ј) собственного излучения элемента ре- перного участка поверхности, наблюдавшегося в момент t-Јno первому направ-,

лению визирования, удается определить с помощью выражения (2) уровень собственного, излучения U,(t) неизвестного участка, наблюдаемого в момент времени t в том же направлении и находящегося на расстоянии 1 от реперного. Измеренный участок может быть использован в качестве реперного для следующего цикла измерений и т.д.

где &Uh - приращение полезного сигнала относительно начальной точки измерений, которая является реперной. Так как напряжение на выходах радиометров пропорционально яркостным температурам соответствующих участков

поверхности Земли - Т , то п

ZlMJ;-K T,((|)):

(9)

где К - постоянный коэффициент.

Таким образом, суммируя разности сигналов двух каналов радиометров, получают значение радиояркостной тем-1- пературы относительно любого выбранного участка подстилающей поверхности. Так при измерении в момент времени .t характеристик участков пресной йоды Ug и суши Uc получают

&U, «K(Tj-lJ).

Абсолютные значения радиояркост- ных температур в любой точке подстилающей поверхности можно определить по формуле

-Я я , Я Я, Т ТЛПТ -Тя)

ли,

в

1в

ли,

Использование предлагаемого способа дистанционного определения радио- яркостной температуры поверхности обеспечивает по сравнению с известным способом существенное увеличение эффективности при воздействии радиопомех, позволяет снизить погрешность измерений, когда уровень помех достаточно мал, и дает возможность проведения точных измерений в ситуациях, когда они не могут быть реализованы известными способами.

Формула изобретения

Способ дистанционного определения радиояркостной температуры поверхнос- ти, основанный на измерениях с борта летательного аппарата уровня излучения в сверхвысокочастотном диапазоне длин волн, принимаемого с первого направления визирования под углом 0 к вертикали последовательно от элементов реперных участков поверхности, содержащих водную поверхность и сушу с известными радиояркостными температурами Tg и Тс соответственно, и первого измеряемого элемента поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения радиояркостной температуры в условиях воздействия радиопомех, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, сум- марная мощность которых не выходит за пределы динамического диапазона радиометрического приемника и не за висит от ориентации антенны, одновременно с измерением с борта летательного аппарата уровня излучения в

сверхвысокочастотном диапазоне длин волн, принимаемого с первого направления визирования от первого измеряемого элемента, дополнительно осуществляют синхронный прием излучения от второго измеряемого элемента поверхности с второго направления визирования под углом Q к вертикали, причем

первый и второй наблюдаемые элементы лежат на фиксированном расстоянии 1 друг от друга на одной линии, образуемой пересечением первого направления визирования с исследуемой поверхностъщ периодически проходящей через расположенные рядом реперные участки с водной поверхностью и сушей, размеры которых превышают 1, при этом ра- диояркостная температура исследуемой

поверхности определяется по формуле

Тй(х))-Кт -т2)- 10 Z.U( (х- -il)-Uz(x-l-il),

U(x) и U0 (х) где х - координата первого наблюдаемого элемента поверхности вдоль линии;

х - координата ближайшего элемента на реперном участке

с водной поверхностью;

текущие оценки уровня сиг- . налов, принятых соответственно с первого и второго

направлений визирования и относящихся к элементу поверхности с координатой х; m - целая часть числа (х-хс)/1; ,-иа - разность оценок уровней

сигналов, когда с первого

направления визирования наблюдается элемент поверхности реперного участка с су-, шей, а с второго направле- ния визирования - с водной поверхностью.