Компенсационный радиометр Советский патент 1991 года по МПК G01R29/26 

Вь

О СО

о

00

о

VJ

Изобретение может быть использовано в устройствах для измерения слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов приемника, например, в радиоастрономии. Цель изобретения - увеличение динамического диапазона и разрешающей способности при измерении слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов путем формирования многоступенчатой линейно- ломаной амплитудной характеристики радиометра. Для этого в устройство введены компараторы 7 и 8 по минимуму и максимуму, первый 9 и второй 10 элементы И-НЕ, триггер 14 знака, подключенный к знаковым входам реверсив ного счетчика 12, подсчитывающего импульсы с генератора 11 импульсов. Код с выхода реверсивного счетчика 12 преобразуется преобразователем 13 код - напряжение в постоянное напряжение, которое подается на второй регистратор 15 и управляющий вход блока 3 компенсации, на вход которого через детектор 2 подается сигнал с тракта 1 высокой частоты. С выхода блока 3 компенсации сигнал через последовательно соединенные операционный усилитель 4 и фильтр 5 нижних частот поступает на входы первого регистратора 6 и компараторов 7 и 8 по минимуму и максимуму 3 ил. Ё

Фиг.1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах для измерения слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов приемника, например, в радиоастрономии.

Целью изобретения является увеличение динамического диапазона и разрешающей способности при измерении слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов путем формирования многоступенчатой линейно-ломаной амплитудной характеристики радиометра.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема компенсационного радиометра; на фиг. 2 - амплитудная характеристика радиометра по входу регистратора; на фиг. 3 - амплитудная характеристика радиометра по входу второго регистратора.

Компенсационный радиометр содержит последовательно соединенные тракт 1 высокой частоты, детектор 2, блок 3 компенсации, операционный усилитель 4, фильтр 5 низких частот и регистратор 6. К выходу фильтра 5 низких частот подключены компаратор 7 по минимуму и компаратор 8 по максимуму, причем выход компаратора 7 по минимуму подключен к первому входу первого элемента И-Н Е 9, а выход компаратора 8 по максимуму подключен через второй элемент И-НЕ 10 к второму входу первого элемента И-НЕ 9, к выходу которого подключены последовательно соединенные генератор 11 импульсов, реверсивный счетчик 12, преобразователь 13 код - напряжение, триггер 14 знака своими входами подключен к выходу компаратора 7 по минимуму и выходу второго элемента И-НЕ 10, а выходами к знаковым входам реверсивного счетчика 12, выход преобразователя 13 код - напряжение подключен к входу управления блока 3 компенсации и к второму регистратору 15.

Принцип работы компенсационного радиометра заключается в следующем.

Полезный шумовой сигнал, например радиоастрономический, совместно с собственными шумами антенны и радиометра усиливается трактом 1 высокой частоты и после детектирования в детекторе 2 поступает на сигнальный вход блока 3 компенсации. На вход управления блока 3 компенсации поступает сигнал от преобразователя 13 код - напряжение. В блоке 3 компенсации осуществляется компенсация сигнала, который далее усиливается в операционном усилителе 4, поступает на вход фильтра 5 низких частот, а после него на вход регистратора 6 и входы компараторов по минимуму 7 и максимуму 8. Порог ограничения по минимуму Uorp-мин. компаратора

7 по минимуму соответствует нижнему значению шкалы регистратора 6, а порог ограничения по максимуму, и0гр.макс. компаратора 8 по максимуму - верхнему

значению шкалы регистратора 6. Генератор 11 импульсов может работать в ждущем и автоколебательном режимах. Перевод в автоколебательный режим осуществляется логической 1, а в ждущий - логическим О,

0 снимаемых с первого элемента И-НЕ 9.

Если выходное напряжение 11вых1 находится между минимальным и максимальным порогами компараторов 7 и 8 (точка А, фиг,2, (и уровень Б, фиг. 3), то на их выходах

5 вырабатываются соответственно логические 1 и О, а на выходе второго элемента И-НЕ 10-логическая 1. Таким образом на выходе первого элемента И-НЕ 9 формируется логический О, что обеспечивает жду0 щий режим работы генератора 11 импульсов. Одновременно выдается сигнал через триггер 14 знака, например RS-триг- гер, на реверсивный счетчик 12, подтверждающий его предыдущее знаковое

5 состояние.

Выходные сигналы, снимаемые с разрядов реверсивного счетчика 12 и поступающие на преобразователь 13 код - напряжения, являются комбинациями сиг0 налов логических 1 и О, определяющие дискретный уровень напряжения компенсации. Постоянное напряжение, формируемое преобразователем 13 код- напряжение, поступает на вход управления блока 3 компен5 сации. Величина дискретного уровня компенсации сигнала 11вых.2, снимаемого с преобразователя 13 код - напряжение, определяется по второму регистратору 15. Точное значение выходного напряжения

0 Uebixi определяется по регистратору 6.

Если, например, выходное напряжение ивых1 увеличивается и превышает порог ограничения компаратора 8 по максимуму и0гр.макс, то компараторы по минимуму 7 и

5 максимуму 8 выдают соответственно логические 1 по обоим выходам, на выходе второго элемента И-НЕ 10 вырабатывается логический О, на выходе первого элемента И-НЕ 9 формируется логическая 1. Гене0 ратор 11 импульсов переходит в режим автоколебаний и вырабатывает один импульс, который поступает на счетный вход реверсивного счетчика 12. Код, записанный в реверсивном счетчике 12, увеличивается на

5 единицу. Предварительно с выхода триггера 14 знака выдается сигнал на знаковые входы реверсивного счетчика 12 и обспечивает- ся операция Сложение. Постоянное напряжение, снимаемое с преобразователя 13 код - напряжение, увеличивается скачком на величину, пропорциональную интервалу динамического диапазона регистратора 6. Новое значение выходного напряжения 1)Вых2, снимаемое с преобразователя 13 код- напряжение, регистрируется вторым регистратором 15 и поступает на вход управления блока 3 компенсации. Поэтому сигнал после компенсации в блоке 3 компенсации уменьшается скачком. Если это уменьшение напряжения приводит к тому, что оно оказывается в пределах шкалы регистратора 6 (между порогами ограничения 11огр.мин и и0гр.макс, то вместо сигнала логической 1 на входе генератора 11 импульсов появляется сигнал логического О и выходное напряжение преобразователя 13 код - напряжение перестает увеличиваться.

Если это уменьшение напряжения недостаточно, то логическая 1 на входе гене- ратора 11 импульсов сохраняется, генератор 11 импульсов вырабатывает еще один импульс, появление которого приводит к дальнейшему скачкообразному уменьшению скомпенсированного сигнала на выходе блока 3 компенсации и так процесс продолжается до тех пор пока измеряемая величина не оказывается в пределах шкалы регистратора 6.

При каждом скачкообразном изменении на выходе блока 3 компенсации скачкообразно меняется сигнал, поступающий на вход второго регистратора 15. В результате выходное напряжение по входу регистратора 6 соответствует точке А1 (фиг. 2), а выходное напряжение Квых2 по входу второго регистра 15 равно уровню Б1 (фиг. 3).

Величина измеряемого входного сигнала определяется показаниями регистратора 6 и второго регистратора 15.

При уменьшении входного сигнала и при переходе выходным напряжением ивых1 нижнего предела шкалы регистратора 6 (порога ограничения 1)0гр.мин) процессы в радиометре протекают противоположным образом.

Таким образом формируется многоступенчатая линейноломаная амплитудная характеристика радиометра, динамический диапазон которого при сохранении осто- янства сквозного коэффициента усиления определяется числом линейных участков амплитудной характеристики и динамическим диапазоном линейного участка операционного усилителя 4 с фильтром 5 низких частот. Число линейных участков амплитудной характеристики определяется числом m разрядов реверсивного счетчика 12 (число возможных положений реверсивного счетчика 12 равно ). Таким образом динамический диапазон радиометра увеличивается в N раз. Разрешающая способность радиометра увеличивается примерно в то

же число раз за счет укрупнения масштаба линейного участка амплитудной характеристики.

Коэффициент усиления радиометра выбирается из условия измерения регистратором 6 минимального шумового сигнала, равного флуктуацией ной чувствительности. Высокая стабильность коэффициента усиления радиометра обеспечивается глубокой обратной связью операционного усилителя

4 и точностью преобразователя 13 код - напряжение. Число разрядов реверсивного счетчика 12 выбирается исходя из требуемого динамического диапазона измерения входного сигнала и динамического диэпазона одного участка амплитудной характеристики радиометра.

Формула изобретения Компенсационный радиометр, содержащий тракт высокой частоты, выход которого подключен к входу детектора, блок компенсации, выход которого подключен к выходу детектора, фильтр низких частот, выход которого соединен с входом регистратора, отличающийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона и разрешающей способности при измерении слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов, в него введены операционный усилитель, компаратор по минимуму, компаратор по максимуму, первый элемент И-НЕ, второй элемент И-НЕ, триггер знака, второй регистратор и последовательно соединенные генератор импульсов, реверсивный

счетчик и преобразователь код - напряжение , причем вход операционного усилителя подключен к выходу блока компенсации, а его выход к входу фильтра низких частот, входы компараторов по минимуму и максимуму подсоединены к выходу фильтра низких частот, а выход компаратора по минимуму подключен к первым входам триггера знака и первого элемента И-НЕ, выход компаратора по максимуму подключен к

входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к вторым входам триггера знака и первого элемента И-НЕ, выходы триггера знака подключены к знаковым входам реверсивного счетчика, выход первого

элемента И-НЕ подключен к входу генератора импульсов, выход преобразователя код - напряжение соединен с входом управления блока компенсации и с входом второго регистратора.

Фи&З

Mftr