Корреляционный радиометр Советский патент 1984 года по МПК G01S7/36 H04B1/12 

1 Изобрегение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоастрономии при приеме радиоинтерферо метрами слабых сигналов космического радиоизлучения, а также в радиоизмерительных устройствах для оценки комплексной функции корреляции сигналов при наличии аддитивных декоррелированных шумов и помех. Известен корреляционный радиометд содержащий первый и второй приемные каналы, при этом первый канал состоит из последовательно включенных приемника, разветвителя и перемножителя, а также узкополосного фильтра, а второй канал содержит последовательно включенные приемник, регулируемую линию задержки, разветвитель, фазовращатель, перемножитель и узкополосный фильтр, причем второй выход разветвителя первого приемного канала подключен к второму входу перемно жителя второго приемного канала, а второй выход разветвителя второго приемного канала соединен с вторым входом перемножителя первого приемно го канала ij . Однако известный корреляционный радиометр не обеспечивает потенциаль но возможных чувствительности и точности измерений, а также помехоустой чивости по отношению к аддитивным де коррелированным шумам. Цель изобретения - увеличение точ ности измерений и повьш1ение помехоустойчивости по отношению к аддитивным декоррелированным помехам. Для этого в корреляционный радиометр , содержащий первый и второй при емные каналы, при этом первый приемный канал состоит из последовательно включенных гфиемняка, разветвителя и перемножителя, а также узкополосного фильтра, а второй приемный канал содержит последовательно включенные приемник, регулируемую линию задержки, разветвитель, фазовращатель, перемножитель и узкополосный фильтр, причем второй выход разветвителя первого приемного канала подключен к второму входу перемножителя второго приемного канала, а второй выход разветвителя второго приемного канала соединен с вторым входом пере множителя первого канала, введены первый и второй дополнительные фазовращатели, первый и второй дополнительные разветвители, сумматор, вы91читатель, выход перемножителя первого приемного канала соединен с входом первого дополнительного разветвителя, выход перемножителя второго приемного канала соединен с входом второго дополнительного разветвителя первый выход первого дополнительного разветвителя подключен к первому входу сумматора, второй выход первого дополнительного разветвителя соединен с входом первого дополнительного фазовращателя, выход которого соединен с первым входом вычитателя, первый выход второго дополнительного разветвителя подключен к второму входу вычитателя , второй выход второго дополнительного разветвителя соединен с входом второго дополнительного фазовращателя, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу узкополосного фильтра первого приемного канала, а выход вычитателя соединен с входом узкополосного фильтра второго приемного канала. На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного устройства. Корреляционный радиометр содержит приемники 1, 2, разветвители 3, 4, перемножители 5, 6, регулируемую ли,нию задержки 7, фазовращатель 8, дополнительные разветвители 9, 10, сумматор 11, вычитатель 12, дополнительные фазовращатели 13, 14, узкополос- ные фильтры 15, 16. Корреляционный радиометр работает следующим образом. На входы приемников 1 и 2 приемных каналов подаются исследуемые сиг у цД (индекс соответствует номеру канала). Усиленные и ограниченные по полосе сигналы с выхода приемника 1 поступают непосредственно на разветвитель 3, а с выхода приемника 2 - на разветвитель 4 через регулируемую линию задержки 7. Линия задержки 7 компенсирует временное запаздьтвание сигналов, поступающих на ВХОДЕ радиометра. Недисперсионный фазовращатель 8 вносит в сигнал, по ступаюпщй с перйого выхода разветвителя 4, фазовый сдвиг, равный 90° При этом на выходе узкополосного фильтра 15 вьщеляется олебание, пропорциональное косинусной компоненте функции корреляции сигналов, подаваемых на входы устрой3ства, а иа выходе узкополосного фильтра 16 - пропорциональное синусной компоненте. Представим сигналы e(i Ke(i на входе разветвителей 3 и 4 соответ ственно в виде ряда Фурье e,U)iui;U)-co6 2irU-v PcM)b fi;Wl(jj e,,ltl 1. и u;lt) l,t tcn,;iiq Здесь N 4i/4F 1 , it - полоса пропускания приемников 1 и 2; F - поло са пропускания узкополосного фильтра каадьй член этих рядов является квазигармоническим колебанием со случайной и медленно (по сравнению с 1/bi) изменяющейся амплитудой 1), ..(t) и фазойqijjj (i) , а FCW частота, на которую смещены спектры сигналов на выходе перемножителей 5 и 6 Рс«-РиЧ г, (З) где FU частота интерференции, f, , ifn - частоты настройки гетеродинов приемников 1 и 2 соответственно. Мощность каждого из квазигармонических колебаний равна i,. .+ьт %w.| . W Здесь Pj JJ (i) - спектральная плотность мощности сигналов ) () соответственно, а черта сверху означает операцию усреднения. На выходе перемножителя 5 сигнал на частоте равен ejl)4 .W-Uii;.lt- tVcos 27FcM--t 4 (} a на выходе перемножителя 6, учитывая фазовый сдвиг ±90 обеспечиваемый недисперсионным фазовращателем 8 е (i)-5:Ui (tMlii:At-b1).,(tH ч дг С, Ч1с.№-ЧпеЛ - « Дополнительные разветвители 9 и 10 имеют симметричные выходы. Дополнительные фазовращатели 13 и 14 - недисперсионные, обеспечивающие фазовый сдвиг сигнала i 90° Следовательно, на сумматор 11 поступают два 1 синфазных колебания, которые в раз по амплитуде меньше сигнала, описываемого выражением (5). При этом на выходе узкополосного фильтра 15, настроенного на частоту , будет результирующий сигнал ®CB«vUl-- 5,.Uii.(i4t)-co9f27Fc«ti гс;иЬ41с;1 -1гГ; () со средней мощностью Р IF ftFb illis V см )g где PI и Рц равны ) При приеме декоррелированных стационарных шумов разностные, биения на частоте F в полосе ЬР на выходе перемножителя 5 будут равны eu,,,3e,iu.,,e,- Vcoe 2iiFU, fiu,Atl-Cfu.U-6-o | Ui.ttVUu.a- cos WFitbifiy.tUtfiiy..), a на выходе пepeмнoжиteля 6, учитывая недисперсионный фазовращатель 8, . Ч5;эe, tu.W-luu; м Ч 1 «lWTTr -cos 2 Ft-( u;.9ei , этом на сумматор 11 подаются два олебания, одно из которых в 42 раз еньше по амплитуде сигнала, описываемого выражением ) «u,W-;jjej,w. второе с учетомдополнительного фазовращателя 14 на основании выражения (11) равно -.. .c«tгtFl,„Дtl- Jnu;.«, ),«, -f iwiW-cp.t- -zutea (li) В результате на выходе сумматора 11 на частоте Р в полосе йР будет сигна биений V . .ae,,,.W-4n,..,). Таким образом, все сигналы шумовы биений, определяемые слагаемыми вторых сумм в выражениях (10) и (11), на выходе сумматора 11 отсутствуют, так как поступают на этот сумматор с выходов разветвителя 9 и недисперсионного дополнительного фазовращателя 14 в противофазе. Это приводит к уменьшению в 2 раза мощности шума на выходе. Все соотношения, полученные для косинусного выхода коррелящюнного радиометра, полностью справедливы и для синусного вЬкода. На выходе недисперсионного допол.нительного фазовращателя 13 биения полезного сигнала на частоте f см согласно вьфажению (5), будут равны ec,ei),UIcЛiVUnci i: cos 1 F,„t. %c;W-tftic2tbbin90° ff j и шумовые биения на любой частоте F на основании выражения (10) ч1 дไк; .-«..н.-«co QliFttifiu -..H-bfltgo W| (fC« %%: Atvan,4t-. .Fb -ftu.,,.; it-At t)o° . Ha втором входе вычитателя 12 биения полезного сигнала согласно выражению (6) будут Ч & Ici J c;W- tVco6 2«F,,U , a шумовые биения на основании выражения (11) ,,.it-..).. ccoe 2SFf4Cpj.(tl-c, li-trlTgo. н-эе, ti, ItitVcoer Ft °K Ptiii; 3e ). (f/ Тогда на выходе вычитателя 12 разност ный полезньй сигнал на частоте будет равен.. .xttb-4 v ci - c,- : 2«i« Cfici l-fricji - ) и разностные шумовые биения на частоте F в полосе Л F , согласно выраже,ниям (16) и (18). W-Ui,,, , Wsb.. «5in 2nFtMj i.W-4i,.(i-ut) у мощность которых, как и на косинусном выходе, вдвое меньше, чем в извест.ных корреляционных радиометрах. Сравнительный анализ известного и предложенного корреляционных радиометров показал, что предложенное устройство обеспечивает уменьшение вдвое мощности аддитивных шумов и помех на выходе радиометра. Это не только повышает чувствительность, но и помехоустойчивость радиоинтерферометров при приеме слабых полезных сигналов, существенно влияя, например, на точность измерения функции видимости и число космических объектов, которые могут уверенно наблюдаться .

Вход 2

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР, содержапрй первый и второй приемные каналы, при этом первый приемный канаш состоит из последовательно включенных приемника, разветвителя и перемножителя , а также узкополосного фильтра, а второй приемный канал содержит последовательно включенные П1 иемник, регулируемую линию задержки, развеТвитель, фазовращатель, перемнсскитель и узкополосный фильтр, причем второй выход разветвителя первого приемного канала подключен к второму входу перемножителя второго приемного канала, а второй выход разветвителя второго приемного канала соединен с вторым входом перемножителя первого приемного канала, отличающийся тем,что, с целью увеличения точности измерений и помехоустойчивости по отношению к аддитивным декоррелированным помехам, введены первый и второй дополнительные фазовращатели, первый и второй дополнительные разветвители, сумма-, тор и вычитатель, выход перемножителя первого приемного канала соединен с входом первого дополнительного разветвителя, выход перемножителя второго приемного канала соединен с входом второго дополнительного разветвителя, первый выход первого дополнительного разветвителя подключен к первому входу сумматора, второй выход первого дополнительного разветвителя соединен с входом первого дополнительного фазовращателя, выход которого соединен с первым входом вычитателя, первый выход второго дополнительного разветвителя подключен к второму входу вычитателя, второй выход второго дополнительного разветвителя соединен с входом второго дополнительного фaзoвpaavaтeля, выхЪд О N5 Э Ч которого соединен с вторым входом : сумматора, выход cybo«iTopa подключен к входу узкополосного фильтра первого приемного канала, а выход вы;о читателя соединен с входом узкополосного фильтра второго приемного канала.