Нулевой радиометр Советский патент 1992 года по МПК G01R29/08 G01S13/95 

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения мощности медленно меняющихся шумовых сигналов, и может быть использовано в радиоастрономии, радиометеорологии, меди- циче.

Цель изобретения - повышение точности измерения шумовой температуры квазистационарных радиотепповых полей.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема нулевого радиометра; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока управления; на фиг. 3 а-в - временные диаграммы, поясняющие работу нулевого радиометра.

Нулевой радиометр содержит (фиг. 1) направленный ответвитель 1, аттенюатор 2, генератор 3 шума, управляемый генератор тока, модулятор 5, приемник 6. импульсный усилитель 7, фильтр 8 верхних частот, синхронный фильтр 9, компаратор. 10, блок 11 управления, согласованную нагрузку 12, антенну 13 и термостатированную плату 14.

Блок управления (фиг. 2) содержит первый 15 и второй 16 счетчики, генератор 17 тактовых импульсов, цифровой компаратор 18, первый 19 и второй 20 триггеры, дешифратор 21, первый 22, второй 23 и третий 24 согласующие усилители.

Нулевой радиометр работает следую- щим образом.

В отсутствии сигнала с генератора 3 шу- -.Ј при работающем модуляторе 5 на выходе сикхронного фильтра 9 будет выделяться сигнал исф с частотой модуляции в едини- иах температуры, амплитуда которого пропорциональна разности Т0 - ТА. В этом C.PM;-V временная диаграмма работы ради- ot-. на выходе синхронного фильтра 9 будет иметь вид. представленный на фиг, 2й, нз которой можно выделить равные по длительности полупериоды подключения на ЕХСД приемника 6 сигналов от антенны 13 IA I- согласованной нагрузки 12 to (классике- с . - .-од;л;.ционкый радиометр с меандра- БОЙ модуляцией).

Еслг Б трэ-.т антенны 13 в момент его коммутации на вход приемника 6 через на- . от в г Т пит ель 1 вводить в течение -. стерло Epe eL-ii tm сигнал от генератора jj /мэ Т™1 такси, что Тд Т0. то в ел. iJi1 -энная импульсных сигналов и ЕЫ -оде синхронного фильтра будет иметь вид. представленный на фиг. 36 (при произвольной дпительности 1ГШ). Д приведенной структуры входного тракта ра- (-стра необходимо выполнение условия Т0 Тд to всем диапазоне изменения ТА.

И;, еремеиной диаграмме (фиг. 36) можно выделить три участка одинаковых уровней сигнала: 12 - на вход приемника 6 поступает сигнал от антенны 13Тд; 2-3 - на вход приемника 6 поступает сумма сигналов от антенны 13 ТА и генератора 3 шума Тгш ; 3-4 - на вход приемника 6 поступает сигнал от эталонного источника Т0 (согласованной нагрузки 12 при внутренней температуре прибора).

Так как постоянная составляющая в сигнале исключена, то для одного периода сумма площадей Si и $з(фиг. 36), которые лежат в отрицательной области напряжений (ниже нулевой линии), должна быть равна площади S2, которая лежит выше нулевой линии (в положительной области напряжений), т, е. для приведенной диаграммы Si + 5з S2.

Путем изменения длительности tuwc ши- ротно-импульсного сигнала от генератора 3 шума, вводимого в антенный тракт при tA to 1м, можно добиться такого состояния, когда площадь 5з будет равна нулю. В этом случае временная диаграмма имеет вид, приведенный на фиг. Зв, для которой Si

ИЛИ (То - ТдХ1м - Хшис) (Тгш + ТА - Т0)1шис,

откуда после преобразований (Т0 - TA)IM {То - TA)tu)MC + Тгш Чиже - (То - ТА) Тшисг -Т°-ТА t

1ШИС ----i---- X Тм,

(D

I ГШ

Таким образом, длительность тшис введения неизменного по.мощности сигнала от генератора 3 шума в приемный тракт связана с сигналом от антенны 13 выражением (1), в котором То и Тгш выполняют роль двух опорных источников шумового сигнала.

Для измерения сигналов от антенны 13 ТА в диапазоне ТА мин - Т0, где ТАМИН - минимальное значение измер&е ой радиометром антенной температуры, температуру подшумливания Тг ш необходимо выбирать из условия

Тгш То - ТАМИН.... - (2)

Установку Тгш можно осуществить плавной настройкой аттенюатора 2, изменяя поглощение шумового сигнале от генераторе 3 шума до направленного ответвителя 1.

Регулируя время поступления мощности шумового сигнала от генерятора 3 шума Б антенный тракт так, чтобы ка выходе синхронного фильтра 9 (входа устройства сравнения с нулем) во время подключения на вход приемника 6 согласованной нагрузки 12 амплитуда напряжения была равна нулю получаем линейную связь длительности поступления шума от генератора 3 в тракт антенны 13 с сигналом от антенны ТА При этом легко получить цифровой эквивалент измеряемого антенного сигнала путем преобразования длительности тШис в цифровой код, например, путем подсчета числа импульсов стабильной частоты в интервале времени ТшисМодуляция мощности сигнала с выхода генератора 3 шума осуществляется модуляцией питающего тока посредством управляемого генератора 4 тока, установленного вместе с другими чувствительными к температуре элементами радиометра на термостатированной плате 14.

В нулевом радиометре получение цифрового выходного кода и формирование сиг- налов управления для модулятора 5, управляемого генератора 4 тока и синхронного фильтра 9 выполняет блок 11 управления, структурная схема которого приведена на фиг. 2.

В начале каждого периода двоичный счетчик 16 находится в нулевом состоянии, в первом счетчике 15 хранится цифровой код измеряемого антенного сигнала (после подачи питания на радиометр в первый счетчик 15 по параллельным входам DJ заносится цифровой код с единицей в старшем разряде 10.0000.0000), первый триггер 19 установлен в единицу, второй триггер 20 сброшен в нуль. Таким образом, на выходе QO дешифратора 21, соответствующем коду (0,0), устрагивается высокий уровень (лог. 1), который через усилитель 22 мощности производит коммутацию первого ключа в синхронном фильтре 9. На управляющий вход модулятора 5 через усилитель 24 мощности поступает сигнал от первого триггера модуляции, и так как он в единице, то на вход приемника 6 коммутируется антенна 13 (фиг. Зв участок 1-2).

Двоичный счетчик 16 наиинает прямой счет от нуля импульсами, поступающими с генератора 17 импульсов. Начинается первый полупериод. В мсмент равенства состояний счетчика 16 и счетчика 15 цифровой компаратор 18 вырабатыррет сигнал, устанавливая триггер 20 пс входу S в единицу, и тем самым через усилитель 23 мощности включается управляемый генератор 4 тока, питающий генесатор 3 шума. При этом на выходе q; дешифратора 21, соответствующем коду (1, 0), формируется единица, и в синхронном фильтре происходят коммутация второго .8 (лереый ключ отключается). Начиная с этого момента на выход модулятора вместе с шумовым сигналом от антенны через направленный ответвитель поступает шумовой сигнал от генератора шума (фиг. Зв, участок 2-3).

В иомент переполнения счетчика 16 последний сбрасывается в нуль, переключая первый триггер 19 из состояния 1 в состояние О. После переключения триггера 19 происходит коммутация на вход приемника

б сигнала от согласованной нагрузки 12. Второй триггер 20 сбрасываете. в нуль по входу R сигналом с инверсного выхода первого триггера 19, включая управляемый генератор тока и, тем самым, поступление в тракт антенны шумового сигнала от генератора, и остается в нулевом состоянии на протяжении всего второго полупериода. При этом выход qi дешифратора 21, с ответствующий коду (0 1), переходит в состояние 1, замыкая, тем самым, третий ключ в синхронном фильтре 9 (второй ключ отключается).

Двоичный счетчик 16 после переполнения начинает снова прямой счет от нуля. Начинается второй полупериод(фиг. Зв, участок 3-4). В течение второго полупериода компаратор 10 формирует на выходе потенциальный сигнал (лог. О или лог. 1) в

зависимости от полярности напряжения на выходе синхронного фильтра 9. Этот сигнал поступает на вход U/D первого счетчика 15, определяющего направление счета. В момент второго переполнения второго счетчика 16 первый триггер 19 устанавливается в единицу и по переднему фронту выполняется счет в первом счетчике 15 по входу С. Изменяется его состояние на одну градацию (на 1 мл. разряд) в сторону увеличения

(уменьшения) в зависимости от выходного сигнала компаратора 10. И работа устройства повторяется.

Таким образом, блок 11 управления в целом осуществляет слежение за изменением сигнала ст антенны, изменяя состояние первого счетчика 15 и, тем самым, время включенного состояния второго триггера 20 так, чтобы в полупериоде действия на вход приемника сигнала от сог -.асованной нагрузки амплитуда напряжения на входе устройства сравнения была рэЕнэ нулю. Б этом случае цифровой код оевзрсизнсго .s -есть-представление сигнала от антенны ТА в цифровом виде.

Синхронизация в блоке 11 управления построена т.-;.им образе-. --JTD лсгический сигнал с компаратора 10 снимается во втором полупериоде, т. е. в момент оммутации на вход приемника о сстлэсоганнои нагрузки 12. Блок управления выполняет роль цифрового фильтра низких -J&CTOT ввиду конечной скорости отработки входного сигнала. Время установления выходной величины и слежение за входным сигналом

будет зависеть от тактовой частоты работы устройства управления. Так. для выходного десятирззрядного цифрового кода при частоте модуляции 1 кГц и при изменении ТА от минимального до максимального значения

время установления выходного сигнала составляет 1 мс х 1024 1,024 с.

На погрешность прибора не влияет постоянная составляющая выходного сигнала приемника 6, так как в сравнении на компараторе 10 участвует только переменная составляющая сигнала, постоянная составляющая исключается фильтром 8 верхних частот. В этом случае погрешность сдвига нуля будет зависеть только от стабильности компаратора, его температурного дрейфа. Кроме того, результаты измерения представляются в цифровой форме и их можно подвергнуть дальнейшей обработке: динамическому интегрированию, накоплению результатов и усреднению, расчету среднеквадратичного значения независимых отсчетов, вычислению дисперсии и т. д.

Формула изобретения 1. Нулевой радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, направленный ответвитель, модулятор и приемник, а также согласованную нагрузку, аттенюатор, генератор шума, термостатированную плату, при этом согласованная нагрузка подключена к второму входу модулятора, а аттенюатор соединен с вторым входом направленного ответвителя, причем генератор шума аттенюатор, направленный ответвитель, модулятор и согласованная нагрузха находятся в тепловом контакте с термостатированной платой, отличающийся тем, ш). с целью повышения точности измерения шумовой температуры квазистгционзркь -.;, рздистепловых полей, введены последов:гльнс соединенные импульсный усилитель, фильтр верхних частот, синхронней фильтр, компэпэтор. блок управления и управляемый генератор тока. при этом эход импульсного усилителя соединен с с.ыходсм риегинико управляемы

генератор тока также находится в тепловом контакте с термостатированной платой и подключен выходом к входу генератора шума, выход которого соединен с входом аттенюатора, второй выход блока управления подключен к второму входу синхронного фильтра, второй вход компаратора подключен к общему проводу, третий выход блока управления соединен с третьим входом модулятора, а четвертый выход является выходом нулевого радиометра.

2. Радиометр по п. 1. отличающий- с я тем, что блок управления содержит первый и второй счетчики, генератор тактовых

импульсов, цифровой компаратор, первый и второй триггеры, дешифратор, а также первый, второй и третий согласующие усилители, выходы которых являются соответственно вторым, первым и третьим выходами блока

управления, при этом эыход генератора тактовых импульсов соединен с входом второго счетчика, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому входу цифрового компаратора и входу первого

триггера, выход первого счетчика подключен к второму входу цифрового компаратора и является четвертым выходом блока управления, прямой выход первого триггера подключен к входу третьего согласующего

усилителя и к входу синхронизации первого счетчика, а инверсный выход подключен к R-входу второго триггера и к первому входу дешифратора, S-вход второго триггера соединен с выходом цифрового компаратора, а

выход подключен к соединенным вместе входу второго согласующего усилителя и второму входу дешифратора, соединенного выходом с входом первого согласующего усилителя, причем вход направления счета

первого счетчика является входом блока управления.

Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения мощности медленно меняющихся шумовых сигналов, и может быть использовано в радиоастрономии, радиометеорологии и медицине. Цель изобретения - повышение точности измерения шумовой температуры квазистационарных радиотепловых полей. Радиометр содержит последовательно соединенные направленный ответвитель 1, модулятор 5, приемник 6. импульсный усилитель 7, фильтр 8 верхних частот, синхронный фильтр 9. компаратор 10. блок 11 управления, управляемый генератор 4 тока, генератор 3 шума и аттенюатор 2, а также согласованную нагрузку 12. подключенную к второму сигнальному входу модулятора, антенну 13. соединенную с первым входом направленного ответвителя, и термостат 14, на котором устанавливаются чувствительные к изменениям температуры элементы. Выход аттенюатора подключен к второму входу направленного ответвителя, в результате чего замыкается контур автоматического регулирования средней мощности сигнала на первом входе модулятора. Совокупность синхронного фильтра, компаратора и блока управления с высокой точностью управляет режимом подшумливания известного сигнала от генератора шума и выдает сигнал в виде параллельного двоичного кода, линейно связанного с мощностью принимаемого сигнала и независящего от коэффициента усиления приемника. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. } ел С 4 О 4 О Nj