(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211303712.1 (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 中国科学院东北地理与农业 生态研 究所 地址 130102 吉林省长 春市高新 技术产业 开发区长东北核心区盛北 大街4888号 (72)发明人 万祥坤　李晓峰　姜涛　李雷　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市文 洋专利代理事务 所(普通合伙) 23210 专利代理师 范欣 (51)Int.Cl. G01J 5/00(2022.01) G01J 5/53(2022.01) G01J 5/48(2006.01) G01J 5/80(2022.01)G06F 17/18(2006.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 无人机载微波辐射计的数据处 理方法 (57)摘要 无人机载微波辐射计的数据处理方法， 涉及 一种无人机载微波辐射计的数据处理方法。 本发 明是为了解决无人机载微波辐射计获取高分辨 率辐射亮温成像难的技术问题。 本方法： 一、 数据 提取； 二、 数据截取； 三、 数据标定及干扰检测； 四、 GPS插 值； 五、 数据空间投影； 六、 使用Drop  In  Bucket算法对投影数据进行格网化。 无人机载微 波辐射计以高空间分辨率， 高时间分辨率， 高机 动性， 方便快捷的特点， 实现特定区域特定目标 微波辐射特性观测， 提供不同尺度的数据， 填补 地基遥感实验和飞行实验之间尺度的空白。 本发 明属于微波辐射计的数据处 理领域。 权利要求书9页 说明书22页 附图3页 CN 115541024 A 2022.12.30 CN 115541024 A 1.无人机载微波辐射计的数据处理方法， 其特征在于所述无人机载微波辐射计的数据 处理方法如下: 无人机载微波辐射计的数据处 理方法： 一、 数据提取： L0级数据为辐射计存储的原始数据， 经过数据完整性检验、 校验、 二次校验、 字段提取、 GPS解析、 异常点去除后， 得到时间序列的数码值数据， 即L1A_DN级数据， 将结果生成为 excel表格， 以xlsx格式存 储， 对于缺省参数用 ‑9999标记； 提取分钟数、 序列 号、 增益补偿DACB， 天线平均数码值、 参考源平均数码值、 日期、 时间、 机下点经度、 机下点纬度、 辐射计方向、 高程、 多路温度数据、 天线原始数码值和参考源原始 数码值， 其中多路温度数据用于多点温度修正算法， 天线原始数码值和 参考源原始数码值 都是毫秒级积分， 将应用于射频干扰以及其 他干扰的检测与抑制； 所述GPS芯片采用U ‑Blox的NEO ‑M8N系列， 设计并搭建模块接口电路， 功能为GPS模块提 供5V直流供电以及电平 转换输出， 将TTL电平 转换为RS232标准电平， 与MCU的串口连接进行 通信， 其数据格式采用通用的NMEA0183协议， GPS采集到的时间、 经纬度、 高层、 航向角、 航速 这些原始信息通过串口传输至MCU， MCU对这些信息进行处理、 提取、 编码及赋值， 实时匹配 到辐射计所采集到的亮温数据， 其中， GPS信息的处理过程包括地址域筛选， 校验和比较， 信息提取和赋值， 将接收的数 据分为两步处理， 在下位机上完成串口接收数据、 地址域筛选、 编码及存储； 在上位机上完 成校验和比较以及信息的提取和赋值； 其中， 地址域筛选过程与片上接收众多信息中筛选出地址域为RMC和GGA字符串， 此地 址域将包含空间投影用的信息； 接收信息中的 “*”后两位为发送数据十六进制ASCII码校验 和， 算法为 “$”和“*”之间所有位数据的按位异或； 依据此算法将接收信息重新计算得到的 校验和与发送校验和相比较以判断结束数据完整性和准确性； 对GPS数据进行解析提取后得到的飞行姿态信息包含日期、 时间、 机下点经度、 机下点 纬度、 辐射计方向、 高程， 将用于飞行姿态建模； 辐射计测量的原始数据按为提取后得到的 信息将用于之后的辐射标定及干扰 检测； 此时数据为时间序列的数码值数据L1A_Dn； 二、 数据截取： 数据提取后将所有的原始数据信 息提取以表格形式存放， 依据为根据 前一步骤得到的 时间序列的经纬度、 航向角和高程信息截取， 复现飞行轨 迹以选择合 适的时段进行截取； 三、 数据标定及干扰 检测： 3.1数据标定： 其定标方法如下： 无人机载微波辐射计的定标分为接收机 定标和整体定标； 接收机定标方法是利用两个或多个已知温度且源阻抗等于天线阻抗的标准噪声源取 代天线， 作为标准信号馈入接收机的输入端， 测量并记录相应的辐射计输出， 建立辐射计输 出物理量与天线亮度和温度间的函数关系； 接收机定标采用连续可变的已知噪声温度与输出电压回归定标， 或者采用两点定标 法， 应用两点定标法求得接收机的定标 方程； 接收机定标的过程是辐射计线性度的测量过程， 在接收机可观测的有效动态范围内，权　利　要　求　书 1/9 页 2 CN 115541024 A 2描述了微波辐 射计接收机输入的噪声温度即亮度温度与输出电压值经过转码成数码值之 后的线性关系， 在接收机探测的有效动态范围内， 通过输入已知的连续可变噪声温度， 经过 微波辐射计接收机的放大、 检波、 积分处理， 测量得到最终的输出数码值， 将多组对应的噪 声温度和数码值， 使用最小二乘法拟合出最佳的线性方程， 有 T＝a*Dn+b 式3.1 其中a和b分别 对应回归方程的斜率和截距， 同时利用相关系数公式3.2， 将数据代入计 算得到 其中Cov为Dn数码值和T噪声温度的协方差， Var[T]和Var[Dn]分别为Dn数码值和T噪声 温度的方差； 两点定标法是分别测量液氮以及黑体， 得到两组输出电压， 建立与亮度温度的关系； 液 氮的温度已知， 黑体材料对入射的电磁波全部吸收， 符合黑体辐射定律， 黑体的物理温度即 为环境温度， 则有 其中下标BB和LN分别表示黑体和液氮， 液氮的在标准大气压下温度TLN＝77K， 黑体的温 度通过温度计测量其物理温度后转化为热力学温度， 单位为开尔文； 黑体和液氮的数码值 为读取微波辐射计的实时数据获取； 将已知条件代入式3.3中整理可以得到式3.1形式的表 达式， 即为该辐射计接收机的定标 方程； 无人机载微波辐射计的整体定标， 即从天线到最终输出的整体定标； 3.2干扰检测 假设时间序列窗口容量为n次， 每次采样对应的亮度温度为T(n)， 赋予判定位一个布尔 数组J(n)， 以表示其是否判定为干扰， 用于决定阈值数或边界标准差的数量为k， 其数字化 表达为 其中μ为此段窗口亮度温度的平均值， σ 为此段窗口亮度温度的标准差； 再将识别到的 干扰标记之后， 便可以统计 计算出识别出的干扰存在的概 率P为 假设真实的干扰序列为 则错误判定的概 率PFAR 其中⊕为异或运 算； 获取微波辐射计的定标方程后， 对无人机载微波辐射计采集得到的数码值数据L1A_DN 进行辐射标定后， 对其进行射频干扰 检测与抑制得到时间序列的亮度温度值数据L1A_TB；权　利　要　求　书 2/9 页 3 CN 115541024 A 3