Сканирующий радиометр Советский патент 1986 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к радиометрии, а именно к технике дистанционного зондирования метеорологических параметров атмосферы и подстилающей поверхности, и может быть использова- 5 но, например, для оперативного опре- ; деления интегрального содержания водяного пара в атмосфере по результатам уходящего радиотеплового излучения на длине волны 1,35 см, а также О при оперативном определении контрастов уходящего радиотеплового излучения земной поверхности, измеряемых на длине волны 0,8 см.

соответственно к

Q)

04, ,,

первым входам умнозкителей 12,..,,12 , ..., и к управляющему входу управляемого делителя 1А, информационный вход которого соединен с выходом вы читателя 13, а выход - с другими входами умножителей 12,...,12....

Ы 1 . .

12 , подключенных своими выходами к одним входам соответствующих сумматоров 10 ,..., Ю ,.. ., 10 . Выход

источника 15 опорного излучения подключен к одному входу вычитателя 13, другой вход которого соединен с выходом источника 16 опорного излучеЦелью изобретения является повьше- 15 ния и другим входом сумматора . ние чувствительности сканирующего ра- Другие входы остальных сумматоров диометра.10 ,...,10 ,...,10 подключены соотНа фиг. 1 представлена функдио- ветственно к выходам предшествуюгцих

сугматоров 10 ,..., 10 ,..., 10 . 20 Подвижная антенна 1 состоит из (фиг. 2) из облучателя 17, вращающегося зеркала 18, укрепленного на валу шагового двигателя 19, который управляется сигналом с выхода генератора 25 11 опорного сигнала. Рядом с вращающимся зеркалом 18 установлены источники 15 и 16 опорного излучения, темнальная схема сканирующего радиометра; на фиг. 2 - функциональная схема подвижной антенны; на фиг. 3 - функ- щаднальная схема генератора опорного сигнала.

Сканирующий радиометр содержит (фиг. 1) подвижную антенну 1, радиометрический приемник 2, состоящий из смесителя 3, гетеродина 4, усилителя 5 промежуточной частоты, квадратичного детектора 6 и усилителя 7 низкой частоты, N синхронных детекторов в ,... ,8,..., 8 ,N интеграторов 9 . ..,9%...,9 , (N-1) сумматоров 10 ,. .,10 ,..., , генератор 11 опорного сигнала,(N-1) умно-

иjr,

пература которьк контролируется соответствующими датчиками 20 и 21 конт- 30 рольного сигнала.

Генератор 11 опорного сигнала состоит (фиг. 3) из задающего генератора 22, счетчика 23 и дешифратора 24,

40

ров 8

12 ,..,,12 , вычи- 35 ° качестве которого могут быть использованы программируемая логическая матрица или постоянный запоминающий элемент,

Сканирукяций радиометр работает следующим образом.

Подвижная антенна 1 сканирует радиотепловое излучение в диапазоне углов oi, i ОС. j ос . Сканирование осуществляется под управлением сигнала частотой fp, вырабатьшаемого генератором 11 опорного сигнала. Радиотепловое излучение, принятое подвижной антенной 1, преобразуется радиометрическим приемником 2 в сигнал с напряжением U(t), пропорциональным мощности Р (ог.)радйотеплового излучения, причем спектр сигнала U(t) сосреяштёлей 12

татель 13, управляемый делитель 14 и источники 15 и 16 опорного излучения.

Выход подвижной антенны 1 подключён к входу смесителя 3, являющемуся входом радиометрического приемника 2, другой вкод смесителя 3 соединен с выходом гетеродина 4, а вьЕсод смесителя 3 подключен через последовательно соединенные усилитель 5 Промежуточной частоты и квадратичный детектор 6 к входу усилителя 7 низкой частоты, прямой и инверсный выходы которого,являющиеся соответст- вуюпц1ми выходами радиометрического приемника 2, соединены с первыми и вторыми входами синхронных детекто50

8

подсоединенных

доточен вблизи частоты f . Если учесть, что спектр щумовых составляющих выходного сигнала определяется зависимостью S 1/f, то выбрав достаточно большую частоту f, , можно разделить по частоте сигнал от шумов.

третьими и четвертыми входами к соответствующим выходам генератора 11 опор- иого сигнала.Выходы синхронных детекторов 8 ,... ,8,.., ,8 подключены через .соответствующие интеграторы 9 ,

соответственно к

Q)

04, ,,

первым входам умнозкителей 12,..,,12 ..., и к управляющему входу управляемого делителя 1А, информационный вход которого соединен с выходом вы читателя 13, а выход - с другими входами умножителей 12,...,12....

Ы 1 . .

12 , подключенных своими выходами к одним входам соответствующих сумматоров 10 ,..., Ю ,.. ., 10 . Выход

пература которьк контролируется соответствующими датчиками 20 и 21 конт- рольного сигнала.

Генератор 11 опорного сигнала состоит (фиг. 3) из задающего генератора 22, счетчика 23 и дешифратора 24,

доточен вблизи частоты f . Если учесть, что спектр щумовых составляющих выходного сигнала определяется зависимостью S 1/f, то выбрав достаточно большую частоту f, , можно разделить по частоте сигнал от шумов.

Однако выбор достаточно большой величины fp приводит к уменьшению

, хотя в этом случае .теряется информация об абсолютном значении яркостной температуры Т,, поскольку в этом случае

Г т,. о

г

i

ю

времени приема излучения с одного элемента разрешения. Кроме того,при установке сканирующего радиометра, например, на искусственном спутнике Земли (ИСЗ) увеличение частоты f приводит к повторному сканированию излучения с одного и того же участка поверхности. Лдя повышения чувствительности следует увеличивать время накопления выходного сигнала. Для устранения этого кажущегося противо- речия частота „ выбирается достаточно большой, а накопление сигнала про- 15 из N положений используются не для изводится для каждого j-ro элемента приема излучения, а для подключения разрешения в отдельном интеграторе 9 , источников 15 и 16 опорного излучения На который подается сигнал U(t) с вы- к входу радиометрического приемника хода соответствующего синхронного де- 2. Источники 15 и 16 опорного излуче- тектора 8 только в тот момент време-20 ния формируют излучение с радиоярко- ни, когда подвижная антенна 1 прини- стной температурой соответственно Т

Для восстановления постоянной составляющей и калибровки и коэффициента k передачи радиометрического приемника 2 к двум дополнительным входам подвижной антенны 1 подключаются источники 15 и 16 опорного излучения. В процессе сканирования два

и Тц . На вторых выходах источников t5 и 16 опорного излучения формирзтот- ся контрольные электрические сигнамает излучение с направления и выходное напряжение U(t) на выходе инте- интегратора 9 несет информацию о раСиндиотепловом излучении с этого направ- 25 лы, пропорциональные TV. и Т

хронный детектор 8 вьщеляет сигнал

ления РЦО независимо от частоты и постоянной времени f интегратора 9 .

Таким образом, подвижная антенная t вьтолняет одновременно развертку на строке и модуляцию входного излу- JQ чения.

разности

и k(T,- Т,, ).

С вычитателя 13 на управляемый делитель 14 поступает контрольная

Если усилитель 7 низкой частоты про- разность U (TI, TX, ), и, следопропускает постоянную составляющую, определяемую радиояркостной температурой Т принимаемого излучения и шу- мовой температурой 1 радиометрич с- кого приемника 2, то входной сигнал также имеет достаточно большую постоянную составляющую

U k(T,j + T ),

где k - результирующий коэффициент передачи радиометрического приемника 2.

Постоянную составляющую klj можно скомпенсировать в каждом канале, включив на выходе интегратора 9 соответствующий сумматор 10 и пода на его второй вход сигнал опорного напряжения, равного (-kT).

Если усилитель 7 низкой частоты не пропускает постоянной составляющей сигнала, то выходное напряжение Uj не зависит от уровня шумов, поскольку он одинаков для каждого ка257598

нала

, хотя в этом случае .теряется информация об абсолютном значении яркостной температуры Т,, поскольку в этом случае

15 из N положений используются не для приема излучения, а для подключения источников 15 и 16 опорного излучени к входу радиометрического приемника 2. Источники 15 и 16 опорного излуче 20 ния формируют излучение с радиоярко- стной температурой соответственно Т

Г т,. о

г

i

ожений исп злучения, ов 15 и 16 радиометри ики 15 и руют излу пературой

из N положений используются не для приема излучения, а для подключения источников 15 и 16 опорного излучения к входу радиометрического приемника 2. Источники 15 и 16 опорного излуче- ния формируют излучение с радиоярко- стной температурой соответственно Т

Для восстановления постоянной составляющей и калибровки и коэффициента k передачи радиометрического приемника 2 к двум дополнительным входам подвижной антенны 1 подключаются источники 15 и 16 опорного излучения. В процессе сканирования два

и Тц . На вторых выходах источников t5 и 16 опорного излучения формирзтот- ся контрольные электрические сигнаСинлы, пропорциональные TV. и Т

разности

и k(T,- Т,, ).

С вычитателя 13 на управляемый делитель 14 поступает контрольная

вательно, на выходе управляемого де- лителя 14 получается сигнал, величина которого обратна значению коэффициента k:

HL Ti t - Tk, j

UN k(T,-T, ) k

40

5

0

5

В умножителях 12,..., .,..., 12 . каждая разность iUj ,j -Т,,-.Л сформированная синхронным детектором 8 и интегратором 9 , умножается на величину 1 /k,H выходной сигнал iUj Tj,j - «(j-O получается независшибым от коэффициента k. передачи радиометрического приемника 2.

В каждом сумматоре lOj к разности Tflj S(jM) добавляется величина , получе1тная в сумматоре В N-1-OM сумматоре в качестве ., берется контрольный сигнал .

Использование изобретения позволяет повысить чувствительность сканирующего радиометра, при этом существенно упрощаются входные цепи радиометрического приемника.

Н atmffvfftfff

f W9ttf fViB

OSlf7y tSfnf/tit

ipue.Z

Редактор А.Лежнина

Составитель В. Костюхин

Техред А.Кравчук Корректор М Демчнк

Заказ 4915/45Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое пред ;риятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4