Сверхвысокочастотный радиометр Советский патент 1991 года по МПК G01R29/08 G01S13/95 

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения радиояркостных температур радиотеплового излучения природных объектов, и может быть использовано в радиометрических комплексах для исследований атмосферы.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения, обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факторов

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема сверхвысокочастотного радиометра; на фиг.2 - структурная электрическая схема интегрирующего аналого- цифрового преобразователя, на фиг 3 структурная электрическая схема генератора опорных напряжений, на фиг 4 - диаграммы, поясняющие работу сверхвы сокочастотного радиометра

Сверхвысокочастотный радиометр со держит генератор опорных напряжений 1 первый 2 и второй 3 модуляторы, приемно- усилительный блок 4. первый 5, второй 6 и третий 7 облучатели, параболический отражатель 8. первый 9 и второй 10 синхронные детекторы, генератор шума 11, поляриздци

о

00 ( CJ 00 00

онную сетку 12 и интегрирующий аналого- цифровой преобразователь (ИАЦП) 13.

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 13 содержит первый 14 и второй 15 интеграторы, детектор отношений 16, ключ 17 и блок аналого-цифрового преобразователя (БАЦП) 18.

Генератор опорных напряжений содержит генератор импульсов 19, делитель частоты 20, инвертор 21, логический элемент И 22, первый 23 и второй 24 аттенюаторы и сумматор 25.

Радиометр работает следующим образом.

На отрезке времени (t0 - ti) (см.фиг.4) под воздействием управляющего сигнала, поступающего с первого выхода генератора 1 (см.фиг.4а), первый модулятор 2 подключает вход блока 4 к первому облучателю 5. Принятый отражателем 8 сигнал Та поступает через облучатель 5 и модулятор 2 на вход блока 4 и далее с выхода блока 4 на входы первого 9 и второго 10 детекторов.

На отрезке времени (ti -13) модулятор 2 подключает к блоку 4 второй облучатель 6. Одновременно второй модулятор 3 под воздействием сигнала, поступающего с четоер того выхода генератора 1 (см.фиг.46), пропускает эталонный сигнал с генератора шума 11 на третий облучатель 7. Причем на отрезке времени (ti - з) мощность шумового сигнала составляет ТШ1, а на отрезке времени (t2 - t;j) - ТШ2 ТШ1 (см фиг.4г). Облучатель 7 формирует плоский фронт волны в фокальной плоскости отражателя 8 антенны. Это происходит потому, что облучатель 7 расположен на расстоянии I 2D /Лот этой плоскости, где D - диаметр облучателя, А- рабочая длина волны.

Шумовой сигнал принимается отражателем 8 и через облучатель 6 и модулятор 2 поступает на вход блока 4 и далее на входы 1 и 2 синхронных детекторов 9 и 10.

Так как в передаче шумового сигнала от облучателя 7 к облучателю 6 участвует не вся поверхность отражателя 8, то коэффициент усиления антенны будет отличаться от коэффициента усиления при приеме измеряемого сигнала Та. Следовательно, и эталонные шумовые сигналы, поступающие на вход блока 4, будут иметь значение:

T|U)G Тш1 и ТШ2 G -- TU)2 . где G коэффициент усиления антенны для систе .мы отражатель 8 - облучатель 7. Величина G может определяться в процессе настройки аппаратуры или ее метрологической по верки.

Под действием управляющего сигнала, поступающего в момент ti со второго выхода генератора 1 (см.фиг.4д), синхронный детектор 2 выделяет сигнал, пропорциональный разности температур.

К(Яз212Тш1и Т )-(Рз212ТШ2и Т)- о , i«КН32Г(ТШ1 -ТШ2 ),

(1)

где К - коэффициент передачи блока 4.

Этот сигнал поступает на второй вход АЦП 13.

Синхронный детектор 9 выделяет сигнал, пропорциональный разности эталонного сигнала и Т8 Так как эталонный сигнал на отрезке времени ц -13 принимается облучателем 6, имеющим ортогональную поляризацию по отношении к облучателю 5, то это позволяет исключить влияние исследуемого сигнала Та на шумовой калибровочный сигнал. Это возможно благодаря наличию поляризационной сетки 12 перед антенной

системой. Проводники сетки перпендикулярны вектору напряженности электрического поля излучения объекта и она практически не препятствует приему сигнала. Так как второй 6 и третий 7 облучатели имеют ортогональную поляризацию по отношению к первому облучателю 5, то исключается (благодаря наличию поляризационной сетки 12) прием вторым облучателем 6 сигнала от исследуемого объекта.

Таким образом, на первый вход ИАЦП 13 с выхода детектора 9 поступает сигнал, пропорциональный

(R3212TL1J1 + т4 )+т3212 тшг +тс)

О

35

- К (R3212 Та ч Тг) - К R3212 ( ТШ1 + ТШ2 ) /2 - Та.

(2)

В ИАЦП 13 осуществляются накапливание сигналов, деление и преобразование в цифровой код. Возможная схема ИАЦП 13 представлена на фиг.2 ИАЦП работает следующим образом. Сигналы (1) и (2), постутающие с выходов детекторов 10 и 9 соответственно на второй и первый входы ИАЦП 13, интегрируют вторым 15 и первым 14 интеграторами и передаются на детектор 15. Благодаря наличию ключа 17 сигнал с

детектора 10 и ИАЦП 13 на детектор 14 передается только в момент поступления разрешающего импульса (ti - 13) с второго выхода генератора 1 (см.фиг.4е), т.е. тогда, когда детектор 10 вырабатывает сигнал (1).

Детектор 16 выделяет сигнал, пропорциональный отношению

Jifl2jA lTujL + Т4 КР,ТЛ2(ГШ11 -TU12 )

(ТШ1 +Тш2 )/2-Та

т I т I I ш1 Iш2

который БАЦП 18 переводит в цифровую форму.

Из уравнения (3) видно, что полученный на выходе радиометра сигнал свободен от влияния Рз21 и Т на измеряемый сигнал.

Возможная схема генератора 1 представлена на фиг.З. Генератор работает следующим образом. Генератор 19 вырабатывает сигнал, используемый для управления работой детектора 10 (см.фиг.4д). После деления этих сигналов делителем частоты 20 получают импульсы, необходимые для управления работой первого генератора 1 и детектора 9 (см.фиг.4а). Инвертирование этого сигнала инвертором 21 позволяет получить сигнал для управления ключом 17 (см.фиг.4в). Сигнал с выходов генератора импульсов 19 и инвертора 21 подаются ча входы логического элемента И 22, который вырабатывает сигнал, соответствующий уровню логической единицы только при наличии аналогичного сигнала на обоих входах (см.фиг.4е,г). С выхода логического элемента И 22 сигнал через первый аттенюатор 23 подается на вход сумматора 25, на второй вход которого поступает (через второй аттенюатор 24) сигнал с выхода инвертора 21. В результате сложения сигналов сумматором 25 на выходе последнего формируется сигнал, управляющий работой второго модулятора 3. Аттенюаторы 23 и 24 нужны для установки необходимого уровня сигналов.

Как видно из уравнения (3) благодаря предложенному техническому решению исключается влияние собственного радиотеплового излучения и коэффициента отражения трехслойной среды воздух-вода- металл, образующий на поверхности отражателя антенны во время дождя. Исключения этого влияния позволит, как показывают расчеты, повысить точность измерения радиояркостной температуры.

Формула изобретения

1. Сверхвысокочастотный радиометр, содержащий последовательно соединенные первый облучатель, первый модулятор, приемно-усилительный блок, первый синхронный детектор и интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, а также параболический отражатель,второй синхронный детектор, подключенный выходом к второму входу интегрирующего аналого- цифрового преобразования, и генератор опорных напряжений, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого

модулятора второго синхронного детектора и третьему входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом сверхвысокоча5 стотного радиометра, причем сигнальный вход второго синхронного детектора подключён к выходу приемно-усилительного блока, а первый облучатель расположен в фокусе параболического отражателя, о т л и10 чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения, обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факто15 ров. в него введены второй облучатель, выход которого подключен к второму входу первого модулятора, последовательно соединенные генератор шума, второй модулятор и третий облучатель, первый, второй и

20 третий облучатели расположены между параболическим отражателем и введенной поляризационной сеткой, причем первый и второй облучатели расположены в фокусе параболического отражателя, а третий облу25 чатель смещен относительно фокуса параболического отражателя и расположен на расстоянии

I 2D2// , где D - диаметр третьего облучателя;

30Я - дина волны принимаемого излучения,

а поляризационная сетка выполнена в виде параллельных проводников, расстояние d между которыми определяется из ус35 ловия Я/8 d Я/4, причем облучатели, сориентированы так, что вектор поляризации излучения, принимаемого вторым и третьим облучателями, параллелен проводникам сетки и перпендикулярен вектору поляризации излу40 чения, принимаемого первым облучателем, а управляющие входы первого синхронного детектора и второго модулятора подключены соответственно к первому и четвертому выходам генератора опорных напряжений.

45 2. Радиометр поп.1,отличающий- с я тем, что генератор опорных напряжений содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, инвертор, логический элемент И, первый атте50 нюатор и сумматор, а также второй аттенюатор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом инвертора и вторым входом сумматора, причем второй вход логического элемента И подключен к

55 выходу генератора импульсов, а выходы делителя частоты.генератора импульсов, инвертора и сумматора являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами генератора опорных напряжений,

3. Радиометр поп.1,отличающий- с я тем, что интегрирующий аналого-цифровой преобразователь содержит последовательно соединенные первый интегратор, детектор отношений и блок аналого-цифрового преобразования, а также последовательно соединенные второй интегратор и ключ, причем выход ключа соединен с вторым входом детектора отношений, а входы первого и второго интеграторов, управляющий вход ключа и выход блока аналого-циф- рового преобразования являются соответственно первым, вторым, третьим входами и выходом интегрирующего аналого-цифрового преобразователя,

Изобретение относится к пассивной радиолокации. Цель изобретения - повышение точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения. обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факторов Радиометр построен по схеме Хача и содержит модулятор 2, приемно- усилительный блок 4, облучатель 5, параболический отражатель 8, синхронные детекторы 9 и 10, интегрирующий АЦП 13 и генератор 1 опорных напряжений Новым является то, что контрольный сигнал вводится непосредственно в антенную систему, для чего используются поляризационная сетка 12, перекрывающая раскрыв антенны облучатели 6 и 7, генератор 11 шума и модулятор 3 Облучатели 5, 6 и7иполяризацион ная сетка 12 сориентированы так что промодулированный сигнал генератора 11, излученный облучателем 6, отражается отражателем 8 и попадает в облучатель 7, а из него поступает в блок 4 Таким образом, в существенной степени устраняется влияние потерь в отражателе 8 антенной системы на точность измерений, 2 з п.ф-лы, 4 ил (Л С

Фиг./

фиг. 2

б&/х2

Вых.1

а

.

Вых.Ъ

Фиг.З

4

t, .

Фиг 4