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

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения радиояркостных температур теплового излучения, и может быть использовано в радиофизике, радиоастрономии и радиометеорологии.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерения при высоких радиояркостных температурах наблюдаемого объекта,

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема радиометра: на фиг.2 - структурная электрическая схема переключателя; на фиг.З - структурная электрическая схема усилителя промежуточной частоты; на фиг.4 - структурная электрическая схема генератора опорных напряжений.

Радиометр содержит антенну 1. генератор шума 2, направленный ответвитель 3, аттенюатор 4, первый смеситель 5. переключатель 6, гетеродин 7, усилитель промежуточной частоты 8, второй смеситель 9, первый 10 и второй 11 генераторы опорного напряжения, квадратичный детектор 12. источник опорного излучения 13. регистратор 14, усилитель низкой частоты 15. первый 16 и второй 17 синхронные детекторы и вычитающий блок 18.

Переключатель(см.фиг.2) содержит первый управляемый аттенюатор 19 первый вентиль 20, делитель мощности 21, второй

О 00 О 00 00

ю

вентиль 22 и второй управляемый аттенюатор 23.

Усилитель промежуточной частоты 8 (см.фиг.3) содержит первый 24 и второй 25 полосовые фильтры, а также широкополосный усилитель 26.

Генератор опорных напряжений (см.фиг.4) содержит релаксационный генератор 27, первый 28 и второй 29 согласующие блоки.

Радиометр работает следующим образом.

Полезный радиошумовой сигнал, принимаемый антенной 1 (либо поступающий через ответвитель 3 и аттенюатор 4 от генератора 2 при калибровке приемника) и имеющий шумовую температуру Тя. поступает на вход первого смесителя 5. Сигнал от опорного источника 13 с шумовой температурой Топ поступает на вход второго смесителя 9. Преобразованные по частоте сигналы Тэ и Топ поступают соответственно на первый и второй входы усилителя 8 только в том случае если сигнал гетеродина 7 через соответствующие выходные плечи переключателя 6. управляемого первым 10 и вторым 11 генераторами, будет подан на гетеродинные входы первого 5 и второго 9 смесителей. Если сигнал гетеродина 7 не поступает на смесители 5 и 9, то на первом и втором входах усилителя 8 действуют тепловые шумы смесителей с эквивалентной шумовой температурой Тэкв при условии, что параметры смесителей идентичны. После усиления в усилителе 8 детектирования, в детекторе 12 и усиления в усилителе 15 смесь сигналов подается на выходы первого 16 и второго 17 детекторов. На выходы первого 16 и второго 17 детекторов проходят лишь те сигналы, которые по форме и по фазе совпадают с управляющими сигналами от первого 10 и второго 11 генераторов, подаваемыми на соответствующие опорные входы детекторов 16 и 17.

Первый генератор 10 вырабатывает опорный сигнал прямоугольной формы со скважностьк импульсов больше двух и периодом tMi Такой сигнал с первого выхода генератора 10 подается на первый управляющий вход переключателя 6. так что сигнал гетеродина 7 поступает на гетеродинный вход первого смесителя 5 за период tMi на время ta , где 0,5 в 1. В течение ta полезный сигнал ТСМ5 после преобразования в смесителе 5 поступает на первый вход усилителя 8. За время (tMi - ta) (1 - ф tMi. когда гетеродинный сигнал в смесителе 5 отсутствует, на первый вход усилителя 8 действует шумовой сигнал Т31(в. После про0

5

хождения такого сигнала через приемно- усилительный тракт на выходе первого детектора 16 образуется напряжение постоянного тока, равное Die А(Та + ТСмб)

- Тэкв, где А - коэффициент пропорциональности.

Второй генератор 11 вырабатывает опорный сигнал прямоугольной формы со скважностью импульсов, равной скважно0 сти импульсов генератора 10, и периодом tM2 некратным tMi- Сигнал гетеродина 7 поступает на гетеродинный вход второго смесителя 9 в течение периода за время ton 0tM2- за которое сигнал от опорного ис5 точника 13 вместе с собственным шумом смесителя 9 Тсмэ ТСм5 при идентичных параметрах смесителей после преобразования в смесителе 9 поступает на второй вход усилителя 8. За время (tM2 Ьп) (1 в) tM2 на вход усилителя 8 действует шумовой сигнал Тэкв, На выходе второго детектора 17 образуется напряжение, равное

U 17 А (Топ + Тсм9) - Тэкв.

Напряжение на выходе вычитающего блока 18, регистрируемое регистратором 14, равно Ui3 А (Та - Т0п). При идентичных параметрах смесителей в блоке 18 компенQ сируются поставляющие выходных сигналов детекторов 16 и 17, обусловленные низкочастотными флуктуациями коэффициента усиления усилителя 8, которые, как правило, вносят основной вклад в нестас- бильность коэффициента передачи радиометра и ограничивают чувствительность при несимметричной модуляции.

Переключатель работает следующим образом.

QМощность гетеродина, подаваемая на

вход переключателя, делится пополам и поступает на его первый и второй выходы через вентили 20 и 22 и управляемые аттенюаторы 19 и 23 при условии, что на

5 первый и второй управляющий входы поданы отпирающие сигналы. При подаче запиу рающего сигнала на любой из управляющих входов соответствующий управляемый аттенюатор отражает поступающую на его

Q вход мощность, которая затем поглощается в соответствующем вентиле, не попадая на выход смежного плеча переключателя.

Усилитель промежуточной частоты работает следующим образом.

Поступающий на первый вход усилите5

ля широкополосный сигнал проходит через первый полосовой фильтр 24. который пропускает в полосе частот Afi. и проходит на вход усилителя 26. Поступающий на второй вход усилителя промежуточной частоты ши

рокополосный шумовой сигнал проходит через второй полосовой фильтр 25 который пропускает в полосе частот Д fa, несовпадающей с Afi. и также проходит на вход широкополосного усилителя 26. При этом и тот и другой сигналы в силу того, что Д f 1 и Д h не совпадают друг с другом, проходят на вход усилителя 26 без ответвления в цепь смежного полосового фильтра, отражаясь от его выхода. Усилитель 26 усиливает смесь шумовых сигналов в полосе Afi + Д Ь.

Генератор опорных напряжений работает следующим образом.

Релаксационный генератор 27 с регулируемой скважностью генерирует импульсный сигнал прямоугольной формы с периодом и скважностью, определяемыми требуемым законом несимметричной модуляции в радиометре. С выхода генератора этот сигнал подается на первый 28 и второй 29 согласующие блоки, на выходах которых формируются уровни сигналов, требуемые для нормальной работы управляемых устройств, в данном случае переключателя 6 и синхронных детекторов 16 и 17.

Чувствительность предлагаемого радиометра (5т в силу того, что шумы в трактах антенного и опорного сигналов независимы, можно определить по формуле

где д TK - предельная чувствительность, равная чувствительности компенсационного радиометра;

ц - коэффициент ухудшения чувстви- тельности;

М - коэффициент модуляции выходного напряжения квадратичного детектора:

Тупу - шумовая температура усилителя промежуточной частоты;

ТШа, Тэкв - шумовые температуры приемника соответственно при подключенном и выключенном гетеродинных сигналах,

Ga, Сэкв - коэффициенты передачи приемника до квадратичного детектора соот- ветственно для ТШа и Тэкв.

L - потери преобразования смесителей, типовые значения которых равны L - 5 - 8 ДБ.

С учетом того, что чувствительность прототипа (5ТП вдвое хуже, чем у компенсационного, можно принять д Т к 5Тп/2(5,

2 Т-

Тогда коэффициент повышения чувст- вительности предлагаемого радиометра равен

30

,-.,, dTn 1 2 Р

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения радиояркостных температур теплового излучений, и может быть использовано в радиофизике, радиоастрономии и радиометеорологии. Цель изобретения состоит в повышении точности измерения при высоких радиояркостных температурах наблюдаемого объекта. Новым в радиометре является то, что имеются две цепи модуляции с разнесенными частотами, не создающими биений. Кроме того, радиометр содержит два синхронных детектора и вычитающий блок, в котором вычитаются сигналы, снимаемые с выходов синхронных детекторов. На выходе радиометра регистрируется сигнал, пропорциональный разности шумовых температур сигналов антенны и опорного источника. При этом компенсируются сигналы, пропорциональные шумовым температурам приемника для трактов антенного и опорного сигналов, а также низкочастотные флуктуации коэффициента передачи. 4 ил. Ј

((5Ta)2+(5Ton)2,

где д Та ,3 Топ - среднеквадратические значения флуктуации напряжений на выхода первого и второго синхронных детекторов, приведенные к входу приемника соответственно для трактов антенного и опорного сигналов и выраженные в единицах шумовой температуры.

При условии Та Топ, та Топ, где Та, г0п - постоянные интегрирования соответственно первого и второго синхронных детекторов, можно считать, что (ЗТа, б Т0п зависят лишь от шумовых температур входных устройств приемника и не зависят от низкочастотных флуктуации коэффициента передачи, так как в вычитающем блоке они компенсируются. Кроме того, при идентичных параметрах смесителей 5Та д Т0п, поэтому д Т 2 д Та

Значение 5Та можно определить из формул

(5 Та 2ц д Tk, М 1

зкв Оэка Тша Ga

ээкв

Значения ТШа, Тэкв и ТуПч определяются по формулам

Тша Та + Т-.кв см Тупч L Тэкв То + Тупч, Тупч - (Рупч - 1)То, Тэкв см

(FH- 1)То,

где Рупч - коэффициент шума усилителя промежуточной частоты, для типовых устройств Рупч 2 -3 дБ/5;

FH нормированный коэффициент шу- ма смесителей согласно FH 5 - 7 дБ;

Тэкв см - эквивалентная шумовая температура смесителей;

То 290 К.

Анализ приведенных соотношений по- казывает, что заметного улучшения чувствительности можно достичь при высоких значениях Та и Т0п по сравнению с шумовыми температурами приемника, например, при измерении радиотеплового излучения Солнца, так как его радиояркостная температура в сантиметровом диапазоне волн составляет 10000 К.

Формула изобретения

m fi nf2,

где тип- произвольные целевые числа, удовлетворяющие неравенствам

m AfyH4/fi;n AfyH4/f2, где Д1унч - полоса пропускания усилителя низкой частоты.

Фиг.1

/Дю

70л

Фие.З

г вых.

Вы.