Радиометр Советский патент 1991 года по МПК G01R29/08 G01S13/95 

Изобретение относится к радиопо- квциИ| а имеиио к устройствам для радиометрических измерений в сверхвы- сокочастотиом (СВЧ) диапазоне, и может быть использовано при дистанци окном зондировании земных покровов для управления воздушным движением.

Целью изобретения является повышение точносги измерения радиояркост- ной темлератзфы поверхности относительно уровня ее излучения усредненного по области наблюдения. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства,

Радиометр содержит антенну I, приемно-усипительный блок 2,квадратичный детектор 3, умножитель 4,интегратор 5, генератор 6 модулирзпо- щего напряжения, источник 7 опорного напряжения и ключ 8,

Устройство работает следующим образом.

Генератор 6 модулирующего напряжения вырабатьшает управляющий сигнал U(t) мендровой фор( единичной амплитуды с нулевым средним, который поступает на управляющий вход ключа 8 и второй вход умножителя 4, На первой половине периода модуляции it, когда напряжение на выходе генератора 6 имеет положительную полярность, ключ 8 закрыт и опорное напряжение с источника 7 не поступает на антенну 1, На второй половине периода мо- дуляции, когда напряжение ) меняет полярность на отрицательную, ключ 8 открывается и напряжение с источника 7 опорбого напряжения поступает на антенну 1, Антенна 1 обла- дает регулируемой шириной диаграммы направленности (ДН) и представляет собой круглый волновод с металлическим фланцем, в котором со стороны .апертуры выполнены пазы, в которые установлены СВЧ-усилители, Выполнение такой антенны известно, например, из а,с, СССР Э 1125683, МКИ Н 01 Q 21УОО, При подаче опорного напряжения на СВЧ-усилители происхо- дит изменение амплитудного распределения антенны 1 и ЛН антенны изменяется от сверхиаправленной до слабо- направленной.

При установке радиометра на лета тельном аппарате шумовая температура Тд на выходе антенны 1 определяется выражением

T,(t) jJh{x,y,t)T,Jx,y)l-f(x,y)|+ Т,«Чх.у){(х,у)1 dxdy. (1)

л

где h(x,y,t) - передаточная функция пространственно-временного оператора фильтрации антенны с меняющейся во времени диаграммой направленности;

Радиояркостиая температура земной поверхности;

г(х,у) и ) - приведенные к земной поверхности коэффициент поглощения и кинетическая температура атмосферы.

Сигнал с антенны I, принятый последовательно во времени при широкой и узкой диаграммах направленности, поступает на вход приемно-усилительного блока 2, где происходит его усиление до величины, достаточной для проведения последующей низкочастотной обработки. Далее происходит квадратичное детектирование усипенио- го сигнала в квадратичном детекторе 3, напряжение на выходе которого (t) определяется выражением

(t) G Tjt) + Т„, +

n(t).

(2)

где n{t) - Ллуктуационная составляющая выходного сигнала квадратичного детектора 3; G и Т - коэффш иент усиления и

приведенная к входу температура собственных ву- мов приемио-усилителъного блока 2,

В умножителе 4, который выполняет функцию синхронного детектора.происходит умножение сигнала n«|(t; на выходе квадратичного детекторга 3 на модулирукщий сигиал 0|n(t),

Ua(O - i.(tV Um(t).

A

(3)

a полученное произведение U (t) jc- редияется во времени посредством интегратора 5, работа которого описывается выражением

i I

. ТГ J eAte)d6.

4-dt

где U||(t) - напряжение на его де

515281

В результате напряжение на выходе радиометра U,«(t) в соответствии с вьфаженнями (1) - (4) имеет следую- Щ1« вид:

U,(t) - U/t) .

,(e)(x.y.9)fT,Jx,y)ri- t-lt -«

(x.y) + Тд,(х,у)г(х.у)| dxdy +

X

J n(6)u.(e)d0

(5)

i-it

Поскольку время корреляции процесса ва выходе квадратичного детектора 3 миого меньше периода модуляции ikt, то

1 ,

1Г- J )tj(0)de t-kt

I n(e)d9) (6)

i-lt

где о У - температурное разрешение компеисационного радиометра,пост роевиого на основе используемого при вмно-усилительного блока 2, Кроме того, учитывая, что зондирование эемиой поверхности оЛнчио производится яа частотах, где не превышает эиачеиия 0,1, а также, полагая атмосферу однородной по координатам х,7, в первом приближенни параметр 2 можно считать независимьм от х и

yj

г(«.у) - f. .

При 9ТИХ УСЛОВИЯХ для величины контраста & Т

во

iT - )1т„(х.у)ь(х.у) flD

-h,(x)dx dy,(7)

где h у и h - сверхяаправленная

и слабонаправлениая диаграмма направленности «ктенвы, иэ вы

«

ршпяия (5) ыт«ка«т слвдукщАя ominca для личины коитрастс ДТ радиояркостиой температуры исследуемого учвстка эемио- го покрова отиоси- тально ее среднего эиачеиия:

y +

(5)

«5

оекя20

6)

ост-.Q при- дитает. ри

ая ны35

40

4S

$0

--оГг -йгСреднеквадратичная погрешность данной оценки }(&т) будет:

j(iT) JilJL. .:

4bt

Это в два раза лучше, чем при использовании прототипа,

Таким образом, использование дан- иого изобретения для нэнерения контраста радиояркостиых температур позволяет в два раза повысить точность измерений без заметного услотения конструкцин радиометра.

Формула нэобретения

Радиометр, содержащий антенну, генератор модулирупцего напряжения и последовательно соединенные прием- ио-усилительиьй блок, квадратичный детектор, умножитель и интегратор, причем выход геиератора модулнруще- го напряжения соединен с втор|м входом умножителя, отличавши й- с я тем, что, с цельп повышения точности измерения радиояркостиой.темпе-, ратуры земиой поверхности .относн- тельио уровня ее излучения, усреднен- иого по области наблкщения, антенна выполнена с управляемой диаграммой направленности и в него введены последовательно соединенные источник опорного напряжения н клнп,11рнчем ыход ключа соединен с упр«влящнм входом антенны, а управлянцнй вход ключа соединен с выходом. генератора модулирупкего напряжения, виксзд тениы подключен к входу иршамю уся лительного блока .

Изобретение относится к ра;1иоло- кации и м.б. использовано при дистаи- цяоняом зондировании земных покровов для управления воэдушиым движением. Цшть иэобрвтепшг повывеиие точности измерения рад1юяркостной температуры земной поверхности относительно уровня ее излучения, усредиенного . по области наблюдения. Радиометр содержит антенну 1, приемно-усилятепь- ный блок 2, квадратичный детектор 3 умножитель А, ннтегратор 5, генератор 6 модулирующего напряжения.Для достижения цели антенна выполнена с управляемой ДН и введены последовательно соединенные источник 7 опорио- го напряжения и КЛКУЧ В. Испояьаоваяяе данного изобретения для пзнереяпя контраста радиояркостяых температур позволяет в два раза по сраянвтаа с прототипом повысить точность измерений без заметного услоакяеяня конструкции. I ил.