Устройство для калибровки модуляционных радиометров Советский патент 1983 года по МПК G01W1/00 G01W1/18 

преобразователей являются соответстн венно информационным выходом и выходом калибровки модуляционного радиометра.

2. Устройство по п. 1, о т л -и чающееся тем, что блок калибровки выполнен в виде рупора капибтровки, аттенюатора, автоматического регулятора температуры, согласованной нагрузки и первого и второго термодатчиков , прикрепленных соответственно к аттенюатору и согласованной нагрузке, причем рупор калибровки : подключен к входу аттенюатора, выход автоматического регулятора температуры соединен с входом согласованной нагрузки, выход второго термодатчика подклирчен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, а выходы аттенюатора, согласованной нагрузки, первого и второго термодатчиков являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока калибровки.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения автономности работы радиометра, блок калибровки выпблнеы в виде двух аналогичных трактов, каждый из которых состоит из согласованной нагрузки, автоматического регулятора температуры и термодатчика, механически прикрепленного к согласованной нагрузке, причем выход термодатчика подключен к управляющему входу автоматическрго регулятора температуры, выход которого соединен с входом согласованной нагрузки, а вь1ходы согласованных нагрузок первого и второго трактов и термодатчиков первого и второго трактов являются соответственно первым, вторым, третьим и чет-вертым выходами блока калибровки.

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ МОДУЛЯЦИОННЫХ РАДИОМЕТРОВ, содержащее антенную систему, блок команд, первый аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные коммутатор и второй аналого-цифровой преобр.азователь, а также радиометрический канал, состоящий из первого генератора модулирующего напряжения гетеродина, автоматического регулятора усиления, тепловой нагрузки и nod ледовательно соединенных первого вентиля, первого быстродействующего коммутатора, второго вентиля, смесител, усилителя промежуточной частоты,квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, первого синхронного детектора и первого фильтра низкой, частоты, причем выход первого генератора модулирующего напряжения подкЛючей к управляющему входу первого быстродействующего коммутатора, к второму входу которого подключена i тепловая нагрузка, выход автоматичес;кого регулятора усиления подключен к управляющему входу усилителя промежуточной частоты, выход гетеродина {подключен к второму входу смесителя выход антенной систэкил подключен к входу первого вентиля, выход первого |фильтра низкой частоты подключен к входу первого анашого-цифрового преобразователя, первый, второй и третий выходы блока команд подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам коммутатора, четвертый выход блока команд подключен к управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей ,отличающеес я тем, что, с целью повышения точности путем сокращения числа тактов калибровки, в него введены второй генератор модулирующего напряжения, первый и второй фазовращатели и последовательно соединенные, второй i синхронный детектор и второй фильтр низких частот, тепловая нагрузка вы(Л полнена в виде блока ка.либровки и последовательно соединенных второго с быстродействующего коммутатора и третьего вентиля, причем первый и вто;рой выходы блока калибровки соединены соответственно с первым и вторым входами второго йлстродействующего коммутатора, выход второго генератора модулирующегонапряжения соединен с управляющим входом второго быстродействующего коммутатора и с jixoflOM второго фазовращателя, выход ел „усилителя низкой частоты соединен с входом второго синхронного д ет ё 1сТЗ|)а выходя первого и второго фазовращателей соединены с управлякедими входами соответственно первого и второго Iсинхронных детекторов, вход первого фазовращателя подключен к выходу пер вого генератора модулирующего напряжения, выход второго фильтра низкой частоты по аключен к входу автоматического регулятора усиления и первому входу коммутатора, третий и четвертый выходы блока ка.либровки подключены соответственно к второму и третьему входам ксялмутатора, причем выходы первого.и второго аналогЪ-цифровых

Изобретение относится к технике . дистанционного зондиров.ания метеорологических параметров атмосферы и подстилающей поверхности и может быть использовано, например, для оперативного определения интегрального содержания водяного пара в атмосфере по результатам уходящего радиотеплового излучения на длине волны 1,35 см, а также при оперативном определении контрастов уходящего радиотеплового излучения земной поверхности. Измеряемых, например, на длине волны 0,8 см.

Известны устройства для калибровки модуляционных радиометров, содержащие последовательно соединенные антенную систему, модулятор, усилитель высокой частоты, детектор, демодулятор (синхронный детектор) и интегратор, а также тепловую нагрузку, подключенную к второму входу модулятора, и синхронизатор, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно модулятора и демодулятор.а If .

Недостаток данных устройств - невысокая точность оперативной калибровки принимаемого излучения, возникающая вследствие больших интервалов времени между циклами калибровки и наличия медленных уходов параметров входного тракта радиометрических при,емников.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство.

для калибровки модуляционного радиометра, содержащее антенную систему, блок команд, первый анешого-цифровой преобразователь и последовательно 5 соединенные коммутатор и второй ана, лого-цифровой преобразователь, а радиометрический канал, состоя:Щий из генератора модулирующего напряжения, гетеродина, автоматическо0 о регулятора усиления, тепловой нагрузки и последовательно соединенных первого вентиля, быстродействующее го коммутатора, второго вентиля, смесителя, усилителя промежуточной частоты, квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, синхронного детектора и фильтра низкой частоты, причем выход генератора модулирующего напряжения подключен к управляющему входу быстродействующего комму-я татора, к второму входу которого подключена тепловая нагрузка, выход автоматического регулятора усиления подключен к управляющему входу усилителя промежуточной частоты, выход гетеродина подключенк входу первого вентиля, выход фильтра частоты JTQДKлючeн к входу первого аналого-цифрового преобразователя, первый, второй и третий выходы блока команд

0 подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам коммутатора, четвертый выход блока . команд подключен к управляющим входам первого и второго аналогЬ-циф4ювых

5 преобразователей 2 .

Недостатком известного устройства является невысокая точность калибровки каждого радиометрического канала, возникающая вследствие того, что калибровочные значения выходного сигна ла радиометра могут быть получены, только после проведения трех тактов калибровки. Первые два такта калибровки заключаются в поочередном из мерении интенсивности двух калибровочных сигналов, осуществляемом при инвертированной фазе опорного напряжения синхронного детектора, а третий такт - в измерении нулевого уровня выходного сигнала при неинвертированной фазе опорного напряжения синхронного детектора. Цель изобретения - повышение точности оперативной калибровки выходно го сигнала модуляционного радиометра путем сокращения числа тактов калибровки и увеличения времени измеренная калибровочного сигнала при сохранени полезной информации о радиотепловом излучении, принятом антенной системо Для достижения указанной цели в устройство для калибровки модуляцион ных радиометров, содержащее антенную систему, блок команд, первый аналого цифровой преобразователь и последова тельно соединенные коммутатор и вто рой аналого-цифровой преобразователь а такж§ радиометрический канал, сос тоящий из первого генератора модулирующего напряжения, гетеродина, авто матического регулятора усиления,тепловой нагрузки и последовательно сое диненных ,первого вентиля, первого быстродействующего коммутатора, второго вентиля , смесителя, усилителя промежуточной частоты, квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, Первого синхронного детектора и первого фильтра низкой частоты, причем выход первого генератора модулирующе го напряжения подключен к управляюще му входу первого быстродействующего коммутатора, к второму входу которого подключена тепловая нагруЕка, выход автоматического регулятора усиле ния подключен к управляющему входу усилителя промежуточной частоты, выход гетеродина подключен к второму входу смесителя, выход антенной системы подключен к входу первого венти ля, выход первого фильтра низкой частоты подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, первйй, второй и третий выходы блока команд подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим-входам коммутатора, четвертый выход блока команд подключен к управ ляквдим входам первого и второго а алого-цифровых преобразователей, введены второй генератор модулирующего напряжения, первый и второй фазовращатели и последовательно соединенные второй синхронный детектор и второй фильтр низких частот, тепловгш нагрузка выполнена в виде блока калибровки и последовательно соединенных второго быстродействующего коммутатора и третьего вентиля, причем первый и второй выходы блока калибровки соединены соответственно с первым и вторым входами второго быстродействующего коммутатора, выход второго генератора модулирующего напряжения соединен с управляющим входом второго быстродействующего KOMMyTatopa и с входом второго фазовращателя, выход усилителя низкой частоты соединен с входом второго синхронного детектора, выходы первого и второго фазовращателей соединены с управляющими входами соответственно первого и второго синхронных детекторов, вход первого фазовращателя подключен к выходу первого генератора модулирующего напряжения, выход второго фильтра низкой частоты подключён к вход автоматического регулятора усиления и первому входу коммутатора, третий и четвертый выходы блока калибровки подключены соответственно к второму и третьему Входам коммутатора, причем выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей являются соответственно информационным выходом и. выходом калибровки модуляционного радиометра. . Кроме того, блок калибровки выпол.нен в виде рупора калибровки,аттенюатор а , автоматического регулятора температуры, согласованной нагрузтеи и первого и второго термодатчиков, прикрепленных соответственно к аттенюатору и согласованной нагрузке, причег1 рупор калибровки подключен к входу аттенюатора, выход автоматического регулятора температуры соединен с входом согласованной нагрузки, вы-; ход второго термодатчика подключен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, а выходы аттенюатора, согласованной нагрузки, .первого и второго термодатчиков явля1ЮТСЯ соответственно первым, вторым, .третьим и четвертым выходами блока калибровки. Второй вариант блока калибровки выполнен в виде двух аналогичных трактов, каждый из которых состоит из согласованной нагрузки, автоматического регулятора тe /lпepaтypы и термодатчика, механически прикрепленного к согласованной нагрузке, причем выход термодатчика подключен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, выход которого соединен с входом согласованной нагрузки, а выходы согласованных нагрузок первого и второго трактов и. термодатчиков первого и второго трактов являются соответственно пер-вым, вторым, третьим и чет:вертым выходами блока калибровки. На (iMr.l изображена блок-схемапредлагаемого устройства для. калибровки модуляционных радиометров) на фиг.2 - блок-схема блока калибровки на фиг.З - то же, вариант; на фиг.4 график характерного изменения интенсивности радиотеплового излучения/ формируемого на выходе модулятора. Устройство для калибровки модуляционных радиометров содержит антенну систему 1, радиометрический канал, состоящий из первого вентиля 2, блока 3 калибровки, первого быстродейст вующего коммутатора 4, второго и третьего вентилей 5 и б, второго быстродействующего коммутатора 7, первого и второго генераторов 8 и 9 модулирующего напряжения,- первого и второго фазовращателей 10 и 11 гетеродина 12, смесителя 13, усилителя 14 промежуточной частоты,квадратичного детектора 15 , усилителя 16 низкой частоты, первого и второго синхронных детекторов 17 и 18, лервого и второго фильтров 19 и 20 низких частот и автоматического регулятора 21 усиления, а также блок 22 команд, коммутатор 23 и первый и второй аналого-цифровые преобразователи 24 и 25 Блок 3 калибровки (фиг.2) содержи рупор 26 калибровки, аттенюатор 27, первый и второй термодатчики 28 и 29 автоматический регулятор 30 температуры и согласованную нагрузку 31. Второй вариант блока 3 калибровки (фйг.З) содержит два аналогичных тракта 32 и 33, каждый из которых состоит из согласованной нагрузки 34 термодатчика 35 и автоматического регулятора 36 температуры. Устройство работает следующим образом. Уходящее радиотештовое излучение Земли, принятое антенной системой 1, через первый вентиль 2 поступает н.а первый вход первого йлстродействую дего кoм лyтaтopa 4, переключаемого с частотой i , л-1 кГц сигналом с выхода первого генератора 8 модулиругацего напряжения. На второй вход пёрвогсГ быстродействующего коммутатора 4 чёрез третий вентиль 6 поступает калибровочное излучение с выхода второго быстродействующего коммутатора 7, переключаемого с частотой кГц (причем i, i,, П i , mij, где ит целые числа) сигналом с выхода второго генератора 9 модулирующего напряжения. Калибровочное излучение представляет собой два чередующихся различных значения излучений известной интенсивности Т и Т (фиг.4), формируемых в блоке 3 калибровки и поступаюсдах Ьоответственно на первый и второй входы второго быстродействующего коммутатора 7. В результате с выхода первого быстродействующего ис,л. I лэ wi . V А jyuM -ь лэу njiuf i. J коммутатора 4 через второй вентиль 5 на первый вход смесителя 13 поступают одновременно модулированные измеряемое (TO) и два калибровочных Т и Т2) излучения, временной характер чередования которых изображен на фиг.4. После смешения с гармоническим излучением (частотой, например, 37,5 или 22,2 ГГц), поступаю1г1им с гетеродина 12 на второй вход смесителя 1.3, выделения результирующей компоненты смешанного сигнала в усилителе 14 промежуточной частоты (имеющего полосу пропускания шириной 10 МГц), возведения в квадрат, осуществляемого с помощью квадратичного детектора 15, и фильтрации, .осуществляемой с помощью усилителя 16 низкой частоты, результирующий низкочастотный электрический сигнал поступает одновременно на вход первого и.второго синхронных детекторов 17 и 18. При этом спектр результирующего низкочастотного сиг-, нала представляет собой две незавнсимг в совокупности гармоник час-i тот i и i .В результате демодуА ляции, осуществляемой в первом синхронном детекторе 17 с помощью опорного сигнала, поступающего с выхода первого генератора 8 модулирующего напряжения через первый фазовращатель 10 (необходимый для компенсации рассогласования фаз между измеряемом и опорным сигналом), и усреднения, осуществляемого с помогоью первого фильтра 19 низких частот, на первый вход первого аналого-цифрового преобразователя 24 поступает сигнал (jg , величина которого пропорциональна значению.Тд::- () (фиг.4). В результате демодуляции, осуществляемой во втором синхронном детекторе 18 по опорному сигналу, поступающему с выхода,второго генератора 9 модулирующего напряжения через второй фазовращатель 11, и усреднения, осуществляемого , с помощью второго фильтра 20 вязких частот, формируется постоянный сигнал UK , величина которого пропорциональна разнице значений интенсивнорти калибровочных излучений (фиг.4). С выхода второго фильтра 20 низких частот сигнал U) поступае.т на первый вход коммутатора 23 и на .вход автоматического регулятора 21 усиления, поддерживающего стабильной во времени величину коэ,фф1циента усиления усилителя 14 промежуточной частоты. Одновременно с сигналом U|( На второй и третий входы коммутатора 23 поступают сигналы U и U, стретьего и четвертого выходов блока калибровки, несущие информацию о значениях калибровочных сигналов Т и Tj. Коммутатор 23 под воздействием упр,авляю :(их сигналов Т и Т с блока b.,-.v ..с.« . л.щ лл . - лл.л 22 команд периодиче,ски и последовательно подключает fc частотой порядка 10 Гц|| на вход второго аналогоцифрового преобразователя 25 следуюичие один за другим сигналы UK, U и Uj. В свою очередь, тактовые сигналы поступающие с блока команд на управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей 24 и 25, формируют на их выходе коды значений UQ (1 выход) и чередующихся значений UK, U и U. (Ивыход), которые используются для расчета интенсивности принятого антенной системой излучения по формуле ). -: где а - коэффициент порядка единицы, учитывающий форму модулирующих и демодулирующих . сигналов; Т. и Тл значения интенсивности калибровочных сигналов, уточняемые по показаниям И ц и Uj термодатчиков. Блок 3 калибровки (фиг.2) фоЬмИрует калибровочные из тучения Т/и Tj следующим образом., Калибровочное излучение Т Ьоздается согласованной нагрузкой 31 ,температура которой кoнтpoлиpyeт iя по сигналу У4 (фиг.2; второго тёрмодат чика 2У и поддерживается постоянной ,с помощью автоматического регулятора 30 температуры. Калибровочное излучение Т устанавливается с помощью аттенюатора 27, на вход которого через рупор 26 калибровки поступает, например, космическое излуче мие. При этом термодинамическая температура аттенюатора 27 контролируется с помощью первого термодатчика 28. Во втором варианте блока 3 калибровки (фиг.З) , необходимом например, для работы радиометра при наземных либо самолетных подспутниковых экспериментах по дистанционному определению метеорологических параметров, формирование калибровочных излучений осуществляется с помощью двух аналогичных 32 и 33. Автоматический регулятор 36 тракта 32 поддерживает постоянной температуру согласованной нагрузки 34, создающей калибровочное излучение Т. При этом значение температуры согласованной нагрузки 34 определяется по показаниям и { прикрепленного к ней термодатчика 35. Аналогичным образом во втором тракте 33 создается калибровочное излучение Т и осуществляется контроль температуры излучающего тела. Предлагаемое устройство для калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования окружающей ореды при использовании его, например, для измерения уходящего теплового излучения Земли в диапазоне длин волн 0,8-или 1,35 см, либо как основную схему аналогичных каналов многоканального радиометра, позволяет получать калибровочный сигнал одновременно и независимо с измеряёt/ым f что выгодно отличает его от известного ргщиометра, по сравнению с которым точность измерения калибро- . вочного сигнаЛа повышается не менее чем в -if раз...

/