辐射计用于对目标微波辐射信号的功率进行测量，而在实际中，大量的微波辐射测量应用中常用“等效温度”来表示功率。

考虑一个理想的辐射计天线指向亮温为TB的目标，如图7-4所示，设定接收机输出信号功率为Pr，对应的天线温度为TA。微波辐射测量的目的是建立起天线温度TA与目标亮温TB间的关系。因此，微波辐射计需要以足够高的分辨力和准确度测量出天线温度，从而保证可以正确地反演重建出目标亮温。在这种意义下，微波辐射计可简化认为是一个经过定标的微波接收机。

图7-4　理想辐射计工作原理示意图

实际应用中的辐射计系统，可以用等效输入系统噪声温度Tsys表征辐射计系统自身的噪声基底功率。Tsys与等效输入系统噪声功率Psys相对应，包含接收机、天线损耗和场景辐射等各项所产生的噪声的总和，由接收机噪声温度TR和天线噪声温度两部分组成，即。其中，TR表征辐射计系统接收机内部热噪声功率水平，表征辐射计系统天线输出的噪声功率水平，与地面环境辐射、大气传输衰减、天线损耗等因素有关。对于一个辐射效率为η，热力学温度为Tp的天线而言，其噪声温度可以表示为

式中，TA为由无损天线观测场景时对应的天线（辐射测量）温度。

考虑实际天线的测量输出中除了主瓣的贡献外还应考虑旁瓣的贡献，因此其天线温度可写为

式中，ηM为天线的主波束效率；TML为主瓣贡献的有效视在温度；TSL为旁瓣贡献的视在亮温。

将TA的表达式代入式（7-27），可得实际天线噪声温度的表达式为

对于理想无损天线，辐射效率η=1，主波束效率ηM=1，式（7-29）可以简化为

图7-5所示为基于超外差接收机体制的全功率辐射计，其输出电压与等效输入系统噪声功率Psys（或系统噪声温度Tsys）成比例。通过对Psys产生的输出电压进行测量和定标，即可估计出天线噪声温度以及观测场景对应的天线温度TA。

图7-5　典型辐射计系统组成

当辐射计作为一种目标探测传感器时，其基本功能是实现目标检测，因此系统温度灵敏度是衡量辐射计探测性能的重要指标。在辐射测量学中对温度灵敏度ΔTsys的定义是辐射计输出端可检测到的天线噪声温度的最小变化值，也常称为系统温度分辨力。(www.daowen.com)

显然，高系统灵敏度意味着需要降低系统输出端信号的波动。通过对噪声信号多次独立样本取平均（时间积累）可以降低其随机波动（输出信号的标准差）。于是，辐射计系统灵敏度的基本公式可以表示为

式中，B为接收机带宽；τ为积累时间。

系统空间分辨力（或角度分辨力）用来表示辐射探测系统在空间中（或角度上）分辨相邻两个目标的能力。辐射探测系统的角度分辨力通常取决于所采用天线的波束宽度。一般情况下，天线的波束宽度是指天线的半功率（3 dB）波束宽度。

如图7-6所示，半功率波束宽度表示天线方向图中功率相对于峰值下降一半（相对电压下降为0.707）处所对应的波束宽度。有时也用零点波束宽度来表征系统的角度分辨力，其定义为天线方向图第一零点处所对应的波束宽度。天线零点波束宽度近似为其半功率波束宽度的2倍。

图7-6　天线波束宽度

如果相同距离处的两个目标能够通过半功率波束宽度进行区分，就说明这两个目标在角度上是可以分辨的。天线的波束宽度与天线孔径的大小以及天线形式有关。对于给定的天线形式，其半功率波束宽度可以表示为

式中，D为孔径的尺寸；λ为波长；k为波束宽度因子的比例常数，取值与天线表面的照射函数类型有关，其典型的取值范围为50°～70°。

系统空间分辨力与系统角度分辨力相对应，可以表示为

式中，R为辐射探测系统与目标间的距离。

显然，辐射探测系统的空间分辨力是由天线孔径、工作波长和探测距离共同决定的，提高系统工作频率可以改善系统的角度和空间分辨力。