Радиометр Советский патент 1984 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоастрономических приемных сис темах, работающих в условиях малых отношений сигнала к шумУф Известен стабилизированный кросс корреляционный радиометр t петлей авторегулирования содержащий два одинаковых приемника с фазовым переключением, входы которых соединены в квадратуре с двумя антеннами, а выходы подключены к накальйым цепям двух диодных шумовых генерато ров, выходы которых подведены через направленные ответвитёли к входам . радиометров Cl 3. Однако при весьма малых отношениях сигнала к шуму описанная система неработоспособна вследствие воздействия шума на систему авторегулирования. Наиболее близким к предлагаемому является радиометр, содержащий опор ный шумовой источник, модулятор, вход которого является входом радио метра, последовательно соединенные приемник и квадратичный детектор, синхронньй детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подключен к управляющим входам модулятора и синхронного детектора -JОднако данный радиометр имеет низкую чувствительность и малую точность измерений в случае весьма малых отношений сигнала к шуму на входе. Целью изобретения является увели чение чувствительности и точности и мерений при малых отношениях сигнал шум, Поставленная цель достигается тем, что в радиометр, содержащий опорный шумовой источник модулятор вход которого является входом радио метра, последовательно соединенные приемник и квадратичный детектор, синхронный детектор и низкочастотны генератор, причем выход низкочастот ного генератора подключен к управля щим входам модулятора и синхронного детектора, введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора, первый коммутатор, последовательно соедийенные второй коммутатор, накопитель, низкочастотный прерывател первый полосовой фильтр, сумматор, усилитель-ограничитель и высокочас322тотный прерыватель, второй полосовой фильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом удвоителя частоты, второй вьпсод вто,рого коммутатора через второй полосовой фильтр подключен к второму входу . сумматора, управляющие входы высокочастотного прерывателя и реверсивного счетчика подключены к таймеру, выход модулятора через первый коммутатор подключен к входу приемника, выход опорного шумового источника соединен с вторым входом первого коммутатора, выход квадратично о детектора соединен с входом второго ..коммутатора, выход высокочастотног.опрерывателя через синхронный детектор соединен с входом реверсивного счетчика, а выход цифроаналогового преобразователя является выходом радиометра. На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого радиометра на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу. Радиометр содержит модулятор 1, опорный шумовой источник 2, первый коммутатор 3, приемник 4, квадратичный детектор 5, второй коммутатор 6, накопитель 7, низкочастотный прерыватель 8, первый полосовой фильтр 9, сумматор to, второй полосовой фильтр 11, усилитель-ограничитель 12, высокочастотный прерыватель 13, синхронный детектор 14, реверсивный счетчик 15, цифроаналоговый преобразователь 16, низкочастотньй генератор 17, удвоитель 18 частоты модуляции и таймер 19. Радиометр работает следующим образ.ом. На вход радиометра от источника сигнала, например от антенн А1 поступает шумовой полезный сигнал, спектральная плотность которого равна 5с . Одновременно на входе действует шум со спектральной плотностью .. В модуляторе 1 полезный сигнал модулируется по амплитуде на 100% прямоугольным низкочастотньм напряжением с частотой а шум не модулируется. . периодически в радиометр вводится сигнал опорного шумового источника 2, спектральная платность которого , . {{а вход приемника 4 поступает сигнал с выхода первого коммутатора 3, а с вьпсода квадратич ного детектора 5 сигнал подается на вход второго коммутатора 6, который аналогичен первому коммутатору 3 и синхронно с ним управляется от удвоителя 18 частоты модуляции. Каждый полупериод модуляции первьй,коммутатор 3 подключает вход приемника 4 к опорному шумовому источнику 2 на интервал времени 4t 0,05 Т (где ), а вто рой коммутатор 6 синхронно подключа ler выход квадратичного детектора 5 к накопителр 7. Остальную часть полупериода модуляции (0,45 Тд,) вход приемника 4 подключен к выходу моду . лятора 1, а выход квадратичного детектора 5 подключен к второму полос вому фильтру 11, Второй полосовой фильтр 11 пропускает модулированн5то составляющую полезного сигнала и осуществляет предварительную фильтрацию продетек тированного шума, т.е. .задерживает постоянную составляющую и частично ослабляет переменную составляющую ш ма, . Выходной сигнал накопителя 7 пре ставляет собой слабо флуктуирующее напряжение , 2а). Это напряжение преобразуется в переменное синусоидальное напряжение .с помощью низкочастотного прерывателя 8, частота переключений которого выбирает равной л/IOOF , и первого полосового фильтра 9, настроенного на час тоту переключений F. Полученное на выходе первого полосового фильтра 9 напряжение ) (фиг. 26)

Uo sin2J F t, UH

рттр А 1 -- 1де Ар 2 складывается с выходным напряжением второго полосового фильтра 11 в сумматоре 10..На выходе сумматора.10 образуется напряжение50 ) . где Up - полезный сигнап, представ- мо ляющий собой прямоугольное низкочастотное напряже-55 ние с нулевым средним значением и слабо флуктуирующей амплитудой fej.

фильтра 11. Тогда отно-7-- «1 равно

при а ра ра где Кр - коэффициент усиления по мощности от входа приемника 4 до выхода сумматора 10 (коэффициенты передачи модулятора 1 и первого коммутатора 3 считаем равными единице) ; УШ - переменная составляющая продетектированного шума, среднеквадратическое значение 6jy которого подчиняется неравенству .А (А) (JQ- опорное синусоидальное .напряжение с амплитудой , л Суммарное напряжение U (фиг.2в) подается на вход усилителя-ограничй геля 12, где подвергается двустороннему амплитудному ограничению на нулевом уровне, в результате чего на его вьпсоде образуется прямоугольное клиппированное напряжение Оц единичной амплитуды с переменной скважностью и частотой повторения, равной F (фиг. 2г). После ограничения вся информация об амплитуде сигнала 6 и среднеквадратическом значении шума бц, заключена во временных характеристиках сигнала Uu, т.е. длительностях положительных t/4.ij и отрицательных i( импульсов. Обозначим через (Uc+U) отсчеты суммарной реализации сигнала и шума, сделанные . с шагом Т ,, --с- а выходе второго FK , «i ji Ло к i V)iVH Гк (-Н . отношение спектральной плотности щности полезного сигнала к спектльной плотности мощности шума вно IV)(-1 -4Т (-) w w Т т интервал интегрирования . /У N - число отсчетов. -:I«k. С целью измерения йТ выходное /напряжение (i усилителя-ограничител 12 подается на высокочастотный прерыватель 13, частота f переключений которого выбирается из условия , Выходное напряжение (J высокочастотного прерьгаателя 13 (фиг, 2д) поступает на синхронный детектор.14, в которон производится стробирование интервалов времени, совпадающих, например, с от15ицатель ными полупериодами сигнального меан ра U(j. Выходное напряжение УСД синх ронного детектора 14 (фиг, 2е) пода ется на реверсивный счетчик 15, в котором накапливается пропорциональ ная 4 Т разность положительных и отрицательных импульсов, следующих с частотой fV Управление синхронным детектором 14 и модулятором 1 производится от низкочастотного генератора 17 часто ты а управление первым коммутатором 3 и вторым коммутатором 6 осу ществляется удвоителем 18 частоты М дуляцяи , Удвоение частоты приме нено с целью устарения воздействия на выходной сигнал радиометра отрИ цательных импульсов, образующихся . при отключении квадратичного Детектора 5 от второго полосового фильтра 11 на время 0,05 Т, Синхронный детектор 14 и реверсивный счетчик 1 полностью подавляют составляющую с 2 частотой 2ffi,, , так как представляют собой эквивалент узкополосного фильтра, Настроенного на частоту F . Время счета импульсов t задается таймером 19 и устанавливается равным требуемому интервалу -f накопления полезного сигнала. Одновременно с установкой t; таймер 19 управляет частотой коммутации высокочастот к4ного прерывателя 13 по закону чтобы исключить переполнение зеверсивного счетчика 15 в случае больших значений V и стабилизировать уровень полезного сигнала на выходе радиометра При использований разных Т , Содержимое реверсив11ого счетчика 15 в конце каждого интервала счета (равного .vy подается на цифроаналоговьй преобразователь 16, на выходе которого образуется последовательность отсчетов с шагом С, образующая профильтрованный полезный сигнал. Сравнительный анализ показывает, что в предлагаемом радиометре исключено влияние низкочастотных дрейфов коэффициента усиления, шумовой полосы пропускания, температуры шума и нулевой линии на результат измерения мощности полезного сигнала, В результате при измерении спектральной плотности слабых шумовых сигналов, например, от космических радиоисточников флуктуационная чувствительность радиометра возрастает примерно в 10 раз за счет увеличения времени накопления до нескольких часов, а также повьш1ается точность измёре-г

но

ь

ts

РАДИОМЕТР, содержащий опор-; ный шумовой источник, модулятор, вход которого является входом радиометра, последовательно соединенные приемник и квадратичный детектор, синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подключен к управляющим входам модулятора и синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью увеличения, чувствительности и точности измерений при малых отношениях сигнал/шум, в него введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора , первый коммутатор, последовательно соединенные второй коммутатор, накопитель, низкочастотный прерьта- тель, первый полосовой фильтр, сумматор, усилитель-ограничитель и высокочастотный прерьгаатель, второй полосовой фильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь , причем управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом удвоителя частоты, втс(рой выход второго коммутатора через второй полосовой фильтр подключен к второму входу сумматора, управляющие входы высокочастотного прерывателя и реверсивного счетчика подключены к таймеру, выход модулятора через первый коммутатор Иодключей к входу приемника, выход опорного шумового -источника соединен с вторым входом первого коммутатора, выход квадратичного детектора соединен с входом второго кo шyтaтopa, внкод tsO высокочастотного прерьгаателя -через U N9 синхронный детектор соединен с входом реверсивного счетчика, a выход цифроаналогового преобразователя 00 to .является выходом радиометра.