Модуляционный радиометр с устройством для калибровки Советский патент 1986 года по МПК G01R29/26 G01W1/00 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для оперативной калибровки выходного сигнала модуляционных радиометров, предназначенных для приема радиотепловых излучений космических объектов, а также для оперативного определения контрастов радиотеплового излучения земной поверхности.

Целью изобретения является повышение точности калибровки, .

На фиг,1 изображена структурная электрическая схема модуляционного радиометра с устройством для калибровки; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.З структурная электрическая схема блока команд, . .

Модуляционный радиометр с устройством для калибровки содержит антенную систему 1, радиометрический канал, состоящий из первого вентиля 2 блока 3 калибровки, второго коммутатора 4, второго и третьего вентилей 5 и 6, третьего коммутатора 7, гетеродина 8, смесителя 9, опорного генератора 10, второго делителя.11 частоты, четвертого коммутатора 12, усилителя 13 промежуточной частоты, квадратичного детектора 14, усилителя 1Ь низкой частоты, первого и второго фазовращателей 16 и 17, первого и второго синхронных детекторов 18 и 19, первого и второго фильтров 20 и 21 нижних частот, блока 22 автоматической регулировки усиления, блока 23 команд, а также первого коммутатора 24, третьего делителя 25 частоты, первого и второго аналого-цифрового преобразователей 26 и 27, Блок 23 команд состоит из инвертора 28, первого делителя 29 частоты, формирователя 30 импульсов по переднему фронту, формирователя импульсов 31 по переднему и заднему фронтам и кольцевого счетчика 32.

Устройство работает следующим образом.

Процесс калибровки выходного сигнала модуляционного радиометра состоит из последовательности следую- 1ЦИХ друг за другом, равных между собой нечетных и четных тактов,

В нечетные такты Д t,rp,e п - целые числа) калибровки радиотепловое излучение, принятое антенной системой 1, через первый вентиль 2 поступает на первый вход второго коммутатора 4, который переключается с

to

IS

20

25

1834У2

частотой f (фиг, 2 а), например, равной 2 кГц, с помощью управляющего сигнала (фиг.26),поступающего с первого сигнального выхода четвертого коммутатора 12,

На второй вход второго коммутатора 4 через третий вентиль 6 поступает калибровочное излучение с выхода третьего коммутатора 7, Третий коммутатор 7 перекгшчается с частотой fj f-,/- (фиг, 2 в) сигналом (фиг, 2 1) со второго сигнального выхода четвертого коммутатора 12, На первом сигнальном выходе четвертого коммутатора 12 присутствует сигнал, поступающий с выхода опорного генератора 10 на сигнальный вход четвертого коммутатора 12, а также на вход второго делителя 11 частоты. На втором сигнальном выходе четвертого коммутатора 12 присут- ,ствует сигнал, поступающий с выхода второго делителя 11 частоты, Калиб-, ровочное излучение представляет собой два чередующихся различных значения излучений известной интенсив- н-ости Т и Т, формируемых в блоке 3 калибровки и поступающих соответственно на первый и второй сигнальные входы третьего коммутатора 7, В результате с выхода второго коммутатора 4 через второй вентиль 5 на первый вход смесителя 9 поступает одновременно модулированное измеряемое /Тд) и дважды модулированные

35 два калибровочных (Т и Т) излучения, временной характер чередования которых изображен на фиг,2 д. После смешения с гармоническим излучением, поступающим с гетероди на 8 на второй вход смесителя 9, выделения результирующей компоненты смешанного сигнала в усилителе 13 промежуточной частоты, возведения в квадрат, осуществляемого с помо щью квадратичного детектора 14, усиления и фильтрации, осуществляемых с помощью усилителя 15 низкой частоты, результирующий низкочастотный сигнал поступает .o нoвpeмeннo на вход первого и второго синхронных детекторов 18 и.19.

В результате демодуляции, осуществляемой в первом синхронном детекторе 18 с помощью опорного сиг55 нала, поступающего с первого сигнального выхода четвертого коммутатора 12, через первый фазовращатель 16 (необходимый для компенсации)

30

50

3

рассогласования фаз между измеряемым и Опорньм сигналом) формируется сигнал (фиг.2 е), величина U которого пропорциональна значению

т - i«2

В результате демодуляции, осуществляемой во втором синхронном детекторе 19 по опорному сигналу, поступающему со второго сигнального выхода четвертого коммутатора 12, через второй фазовращатель 17, и фильтрации, осуществляемой с помо щЫа второго фильтра нижних частот 21, формируется.сигнал (фиг.2 ж), величина и которого пропорциональТ - Ti на значению ----- ,

В четные такты Д 1:2(где п - целые числа), равные по длительности нечетным тактами t- h-Atih-i, действия над входными сигналами То., Ti и Тг происходят аналогично действиям в ; нечетных тактах со следзтощими изменениями. Второй кo мyтaтop 4 переключается: с частотой f сигналом с первого сигнального выхода четвертого коммутатора 12, третий коммутатор 7 пе рёключается: с частотой f сигналом со второго сиг- нального выхода четвертого коммутатра 12. Причем на первом сигнальном выходе четвертого коммутатора 12 присутствует сигнал, поступающий с выхода второго делителя 11 частоты, а н а втором сигнальном выходе четветого коммутатора 12 присутствует сигнал, поступающий с выхода опорного генератрра 10. В результате демодуляции, осуществляемой в первом синхронном детекторе 18, формируется сигнал (фиг.2 е), величина Ud KOToporo пропорциональна -значени

р Т

То. - в результате демодуляции, осуществляемой во втором синхронном детекторе 19, формируется нал (фиг. 2 ж), величина Uj которого

т - Т пропорциональна значению ,

причем переключение четвертого коммутатора 12 осуществляется выходным сигналом (фиг.2 з) третьего делителя 25 частоты с частотой .тактов калибровки f, (где k - целые чет .ные числа) ..

Исходные функции коммутации пред ствляют собой импульсы типа меандр, причем f, - 2fi и эти колебания сдви5 г;

183АУ

нуты по времени друг относительно

друга на величину tg-t 1/(8 f).

.Таким образом, на выходе первого- синхронного детектора 18 попеременно с частотой тактов, например, f fj/2 50,5 кГц)/, присутствуют два чередующихся сигнала иаг(фиг.2 е) . В результате усреднения, осуществляемого первым фильтром 20 нижних час- ,Q тот, формируется сигнал, постоянная составляющая которого равна среднему

II s.-t постоянных составляющих U

Аналогично на выходе второго синхронного детектора 19, попеременно с.час то уэй тактов, присутствуют два чередую щихся сигнала и(фиг.2ж) результат усреднения которых, осуществляемого вторым фильтром 21 - нижних частот, равен среднему постоянных составляющих .

С выхода первого фильтра 20 нижних частот сигнал поступает на пер

„ вый вход первого аналого-цифрового преобразователя 26. Сигнал с выхода второго фильтра 21 нижних частот поступает на третий сигнальный вход первого коммутатора 24, На первый и второй сигнальные входы первого коммутатора 24 поступают сигналы и и Ug с первого и второго выходов калибровочного напряжения блока 3 калибровки, несущие информацию о значениях калибровочных сигналов Т

5 и Т.

Первый коммутатор 24 под воздействием управляющих сигналов (импульсов переключения) блока 23 команд

О периодически и последЬвательно под-- ключает на вход второго аналого-цифрового преобразователя 27 следующие один за другим сигналы U,U2 и выходной сигнал второго фильтра 21

5 нижних частот. Тактовые сигналы, поступающие с блока 23 команд на управляющие входы первого и второго аналого-цифрового преобразователей 26 и 27, формируют на их выходах

0 коды значений Uc(информационный выход) и чередующиеся значения U, U, Uj (выход калибровочных напряжений . радиометра).

На фиг.2и 2к изображены ре5 зультаты усреднения выходных сигналов первого и второго синхронных детекторов 18 и 19. Усреднение сигналов производится соответственно

идентичными первым и вторьм фильтрами 20 и 21 нижних частот. Первые гармоники колебаний (фиг.2и, )фиг.2к), входящие в полосу анализируемых частот Fi /fj- f,/ ослабляются первым и вторым фильтрами нижних частот 20 и 21 и сдвигаются по фазе, например на Т/2 (однозвен- ные КС-фильтры). Блок 23 команд осуществляет синхронную подачу сигналов на управляющие входы аналого- цифровых преобразователей 26 и 27 и первого коммутатора 24 при формировании выходных кодов значений U и и, причем формирование управляющих сигналов (фиг.2 л) происходит по задним фронтам колебания.(Фиг.2г) с частотой fJ, поступающего на вход блока 23 команд с выхода второго делителя 11 частоты. Блок 23 команд осуществляет подачу сигналов (фиг.2м на управляющие входы второго аналого цифрового преобразователя 27 и коммутатора 2, при формировании выход- ных кодов значений и и ,- в моменты времени перехода выходного колебания второго делителя П частоты от низкого уровня к высокому (передние фронты),.

Значения.UQ, U,, V-f, U используются для расчета интенсивности принятого антенной системой 1 излучения по формуле

и,, Т2 . Tj.+ 1 - U 2 2

где 1 и Т - значения интенсивности калибровочных сигналов, уточняемые по показаниям U., и Ui

термодатчиков.

Блок 3 калибровки представляет соб.ой две разнотемпературные согла- сованные нагрузки, температура кото- рьк регулируется автоматическими ре- гуляторс1ми температуры. При этом значения температур согласованных нагрузок определяются по показаниям и и Uj прикрепленных к ним датчиков.

Использование изобретения увели- чивает по сравнению с прототипом точность оперативной калибровки выходного сигнала модуляционных радио- метров, в результате чего увеличи-, вается точность определения величи- 55 ны принятого антенной излучения.

Точность калибровки увеличивается за.счет исключения-случайной пог10

15

20

0

5

5

решности, .вызванной неидентичностью условий прохождения в радиометре про- модулированных с разными частотами калибровочных и принятого антенной излучений.

Формула изобрете ния

Модуляционный радиометр с устройством для калибровки, содержащий антенную систему, блок команд, первый аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные первый . коммутатор и второй аналого-цифровой преобразователь, а также радиометрический канал, состоящий из опорного генератора, последовательно соединенных первого вентиля, второго . коммутатора второго вентиля, смесителя, усилителя промежуточной частоты, квадратичного детекто.ра, усилителя низкой частоты, первого синхронного детектора и первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с сигнальным входом первого аналого-цифрового преобразователя, гетеродина, вькод которого подклю-. . чен к второму входу смесителя, последовательно соединенных третьего коммутатора и третьего вентиля, выход которого соединен с вторым сигнальным входом второго коммутатора, блока калибровки, первый и-второй выходы калибровочного излучения которого соединены с первым и вторым сигнальными входами третьего коммутатора, а первый и второй выходы калибровочного напряжения - с первым и вторым сигнальньми входами первого коммутатора, первого фазовращателя, выход которого соединен с вторым входом первого синхронного детектора, последовательно соединенных второго фазовращателя, второго синхронного детектора и второго филь-. тра нижних частот, выход которого соединен с третьим сигнальным входом первого коммутатора, блока автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а выход - с входом регулировки усиле- ния усилителя промежуточной частоты, выход антенной системы соединен с входом первого вентиля, выход усилителя низкой частоты соединен с вторым входом второго сшЛсронного детектора, первый и второй выходы

тактовых импульсов блока команд соединены с входами управления первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно, а первый, второй и третий выходы импульсов переключения - с первым, вторым и третьим управляющими вхоами первого коммутатора, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей являются соответственна информационным выходом и выходом калибровочных напряжений

радиометра, о тличаю щийся тем, что с целью повышения точности калибровки, блок команд состоит из последовательно соединенных инвертора, первого делителя частоты и формирователя импульсов по переднему фронту, выход которого является первым выходом тактовых импульсов

блока, формирователя импульсов по переднему и заднему фронтам, выход которого является вторым выходом тактовых импульсов блока, и кольцевого счетчика, первый, второй и третий выходы которого являются первым, вторьм и третьим выходами импульсов переключения блока, причем входы инвертора, формирователя импульсов по переднему и заднему фронтам и кольцевого счетчика объединены и являются входом блока команд, а также введены последовательно соединенные второй и третий делители частоты и четвертый коммутатор, при этом выход опорного генератора соединен с первьм сигнальным входом четвертого коммутатора и входом второго делителя частоты, выход которого соединен с входом блока команд и вторым сигнальным входом четвертого коммутатора, первый сигнальный выход которого соединен с управляющие входом второго коммутатора и входом первого фазовращателя, а в торой сигнальный выхбд - с .управляющим входомтретьего коммутатора ивходом второгофазовращателя.

и„

S Uot

Uff)

Изобретение м.б. использовано для оперативной калибровки выходного сигнала модуляционных радиометров, предназначенных для приема радиотепловых излучений космических объектов и оперативного определения контрастов радиотеплового излучения земной поверхности. Устройство содержит антенную систему 1, радиометрический канал, состоящий из вентиля (В) 2, блока 3 калибровки, коммутатора (К) 4, В 5 и 6, К 7, гетеродина 8, смесителя 9, опорного генератора 10, делителя 11 частоты, К 12, усипителя 13 промежуточной частоты, квадратичного детектора 1, усилителя 15 НЧ, фазовращателей 16 : и 17, синхронных детекторов 18 и 19, фильтров 20 и 21 НЧ, блока 22 автоматической регулировки усиления, блока 23 команд, К 24, делителя 25 частоты, АЦП 26 и 27, блок 23 команд состоит из инвертора 28, делителя 29 частоть, формирователя 30 импульсов (ФИ) по переднему фронту, ФИ 31 по переднему и заднему фронтам и кольцевого счетчика 32. Точность калибровки увеличивается за счет исключения случайной погрешности, вызванной неидентичностью условий прохождения в радиометре промодули- рованных с разными частотами калибровочных и принятого антенной излучений. 3 ил. выхой I (П Ю 00 оо 4;: со

т)

и а

фа.г(а)

Фиг2 (S)

28

0ход

(вшод1 f выход 2 фиг. 5

Редактор Н.Горват

Составитель В,Раков

Техред О.Неце.Корректор С.Шекмар

Заказ 1129/54Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

29

30

Выход

7/

выход -