Устройство бесконтактного измерения излучательной способности объектов Советский патент 1993 года по МПК G01J5/52 

оо

С

Использование: относится к области измерения и может использоваться при бесконтактном измерении иэлучательной способности обьектов. Сущность изобретения состоит в том, что излучение объекта, пропорциональное иэлучательной способности объекта, наводится на антенну, модулирует-- ся в блоке модулятора, преобразуется в блоках смесителя, гетеродина, усиливается усилителем промежуточной частоты, детектируется, усиливается и преобразуется в цифровую форму, поступает на устройство цифрового накопления информации и вычисления коэффициента излучения объекта. Управление работой устройства осуществляют триггеры, генератор, регистры, мультиплексор, делители, элементы задержки и элемент И. 2 ил.

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при измерении излучательной способности объекта.

Цель изобретения - повышение динамической точности измерения излучательной способности слабоконтрастных объектов при одновременном повышении вероятности обнаружения объектов на сложном фоне.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 представлен график выходного сигнала предлагаемого уотройства.

Устройство состоит из последовательно соединенных антенны 1, модулятора 2, смесителя 3, второй вход которого соединен с гетеродином 4, усилителя промежуточной частоты 5, квадратичного детектора 6, усилителя низкой частоты 7, аналого-цифрового преобразователя 8, а также первого регистра 9. второго регистра 10, первого

триггера 11, первого сумматора 12, второго сумматора 13, генератора 14, второго делителя 15. третьего регистра 16, элемента И 17, второго триггера 18. первого элемента задержки 19, мультиплексора 20, второго постоянного запоминающего устройства 21. четвертого регистра 22. третьего счетчика-делителя 23. второго элемента задержки 24, пятого регистра 25. шинного формирователя 26, первого постоянного запоминающего устройства 27. первого делителя 28, регистратора 29, при этом информационные выходы аналого-цифрового преобразователя 8 соединены параллельно с соответствующими информационными входами первого 9 и второго 10 регистров, прямые информационные выходы первого 9 регистра соединены с первыми входами первого сумматора 12. инверсные информационные выходы второго регистра 10 соединены со вторыми входа00

го ь. ел ю

VI

ми пеового 12 сумматора, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами второго сумматора выхода конец преобразования аналого-цифрового преобразователя 8 соединен с первым триггером 11, прямой выход которого соединен с охо- дом строб первого регистра 9, а инверсный аыход соединен параллельно с входом строб второго 10 регистра и входом второго 24 элемента задержки. Выход генератора 14 параллельно соединен со счетными входами аналого-цифрового преобразоватегл 8, третьего регистра 1G и второго делителя 15, выход которого параллельно соединен с первым входом элемента И и счетным входом второго триггера 10, выход которого через первый злемент задержки 19 соединен с управляющим входом модулятора 2. Выход элемента И соединен с входом пуск аналого-цифрового преобразователя 8. Выходы третьего регистра соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора 20, выходы которого соединены с адресными входами второго постоянного запоминающего устройства 21, выходы данных которого соединены с информационными входами четвертого регистра 22, выходы которопусоединены с информационными входами третьего делителя 23, выход конец счета которого параллельно соединен с вторым входом элемента И 17 и входом запись регистратора 29. Выход второго 24 элемента задержки параллельно соединен с входом строб пятого регистра 25 и входом декремент третьего делителя 23. Выходы второго сумматора 13 соединены о информационными входами пятого регистра 25, выходы которого параллельно соединены со вторыми входами второго сумматора 13 и информационными входами шинного формирователя 26, информационные выходы которого соединены с входами делимое делителя 20, вход делитель которого соединен с первым постоянным запоминающим устройством 27, а выход - с регистратором 29. Выход чтение регистратора параллельно соединен с входами строб блоков 22 и 25 и входами загрузка блока 23 и 26.

Устройство работав следующим образом.

Коэффициент к излучения обьекта определяется через его термодинамическую Т0 и радиотепловую Трт температуры по формуле

/С Трт/Тс.

При этом Трт характеризует мощность, излучаемую объектом о широкой полосв частот,

которэ.я в виде СВЧ излучения наводится на антенну 1, поступает на модулятор 2. где модулируется меандром частотой и поступает на смеситель 3, на второй вход которого поступает частота гетеродина 4, в результате чего спектр принятого излучения, характеризующего радиотепловую температуру, смещается в полосу промежуточной частоты, которая с помощью усилителя

промежуточной частоты 5 усиливается и детектируется на квадратичном детекторе 6, на котором выделяется низкочастотный спектр сигнала, который усиливается с помощью усилителя низкой частоты 7 и поступает на

аналого-цифровой преобразователь 8. Блок 2 при подаче на его управляющий вход уровня логической 1 меандра, открыт и сигнал, соответствующий излучению от объекта с радиотепловой температурой обьекта Трт, поступает на смеситель 3 для последующего усиления. При уровне логического О меандра на его управляющем входе блок 2 закрыт и опорный сигнал, равный эталонной температуре Тэ, формируется за счет собственных шумов смесителя, которые отразившись от блока 2 поступают в блок 3 для последующего усиления. При этом за полный период меандра сигнал А Т на выходе блока 7 будет соответствовать разности

АТ Трт-Тэ.

Данный метод измерения используется в

СВЧ-радиометрах модуляционного типа, известных из кн. Справочник по радиолокации, ред. М.Скольпик, т.4, с. 264-269, за счет использования Тэ в качестве опорного сигнала удается на каждом периоде меандра контролировать нестабильность канала усиления измерителя и нестабильность коэффициента усиления тракта AG. При этом в качестве опорного сигнала эталона используется излучение гетеродина 4, переобразевавшееся от закрытого модулятора 2 в режиме, когда на него подан уровень логического нуля. Генератор 14 формирует тактовую последовательность импульса меандра, которая параллельно поступает на счетные

вчоды блока 8, третьего регистра 16 и второго делителя 15. Блок 15 делит тактовую частоту и формирует строб запуска блока 8. Коэффициент деления блока 15 определяется разрядностью блока 8. Третий регистр 16 формирует

параллельный код, который с выходов третьего регистра 16 через мультиплексор 20 поступает на второе постоянное запоминающее устройство 21. на выходе которого формируется цифровой код коэффициента счета, который поступает на четвертый регистр 22 коэффициента счета. Управляющий сигнал, поступающий от оператора на блок 20, позволяет изменять код на выходе блока 20, который является адресом, по которому с блока 21 будет считываться код, соответствующий величине коэффициента счета. На соответствующие управляющие входы блока 21 поданы логические уровни, обеспечивающие считывание с блока 21 информации по коду адреса.

По сигналу чтение, поступающему с выхода цифрового регистратора 29 на блок 22, код коэффициента счета поступает на третий делитель 23. Величина коэффициента счета соответствует постоянной времени накопления информации и может оперативно меняться по команде (коду) оператора.

Запуск измерения осуществляется импульсом чтение, поступающим с выхода блока 29 на вход загрузка шинного формирователя 26, вход сброс регистра суммы и вход загрузки третьего делителя 23, по которому коэффициент счета загружается в третий делитель 23 и на выходе блока 23 формируется сигнал конец смета, по которому на блоке 17 снимается сигнал запрет преобразования.

С выхода блока 15 сигнал поступает параллельно на второй триггер 18, где происходит деление частоты сигнала на 2 и на элемент И 17, используемый как вентиль. В отсутствие сигнала конец счета, поступающего на инверсный вход блока 17 с выхода третьего счетчика делителя 23, строб пуска поступает на вход пуска блока 8, по которому в блоке 8 происходит преобразование входного сигнала с блока 7 в цифровую форму и на выходе блока 8 формируется информационный сигнал в виде параллельного кода, который поступает с п выходов блока 8 параллельно на п входов первого 9 регистра данных и п входов второго 10 регистра опорного сигнала, имеющего выходы сигнала с инверсией, а также управляющий сигнал конец преобразования, который поступает на первый триггер 11, формирующий стробы записи в блоки 9 и 10, который согласован с тактами переключения блока 2. При этом переключение блока 2 осуществляется импульсами с блока 18, прошедшими задержку в первом блоке задержки. Задержка в блоке 19 обеспечивает необходимую фазировку стробов пуска и преобразования блока 8 и модулирующего сигнала, поступающего на управляющий вход блока 2. так, чтобы отсчеты не приходились на фронты, соответствующие переключению модулятора 2 С прямого выхода блока 11 строб данных поступает на блок 9. при

этом информационные сигналы поступают с блока 8 через блок 9 на первые входы пер вого сумматора 12, где происходит накопле ние принятого сигнала на интервале, 5 соответствующем интервалу логической 1 меандра, поступающего на управляющий вход блока 2. На интервале логического нуля меандра с инверсного выхода блока 11 на вход стробирования блока 10 поступа0 ет управляющий логический сигнал, поступает управляющий логический сигнал, по которому информационный сигнал с выхода блока 8, соответствующий уровню опорного сигнала эталона поступает с инверсных

5 выходов блока 10 на вторые входы блока 12. При этом на выходе блока 12 формируется сигнал, соответствующий разности между сигналом Трт с блока 9 и сигналом Т9 с блока 10. Данная разность, соответствующая в

0 цифровом виде разности Л Т - Трт - Тэ, поступает на первые входы второго сумматора 13. Циклы преобразования аналогового сигнала в блоке 8 в цифровую форму следуют один за другим. По каждому циклу проиэво5 дится переброс блока 11 и с его инверсного выхода строб опорного сигнала поступает через вторую линию задержки 24 на вход считывания пятого 25 регистра суммы и вход декремент блока 23. На каждом цик0 ле преобразования на сумматоре 13 информация с выхода блока 12 суммируется с информацией накопленной в предыдущем цикле преобразования, заносится в блок 25 и поступает с выхода блока 25 на вторые

5 входы блока 13. При этом, при первом цикле преобразования на вторые входы блока 13 поступает нулевой код, поскольку сигнал сброс, поступивший с блока 29 обнулил блок 25. С выходов, блока 13 цифровой код

0 суммы поступает на информационные входы блока 25, с выходов которого код поступает параллельно на вторые входы блока 13 и шинный формирователь 26, с которого по сигналу чтение он считывается и поступа5 ет на первый делитель 28. В блоке 28 производится вычисление коэффициента излучения объекта к как результата деления радиояркостной температуры Трт на величину термодинамической Т0 температуры, величи0 на которой записана в первом постоянном запоминающем устройстве 27. Полученное при этом отношение поступает по шине данных на регистратор 29. где записывается для последующего анализа. Величина кода,

5 соответствующего термодинамической температуре То, считывается с блока 27 и поступает на блок 28. Поскольку величина Т0, считывается с блока 27 и поступает на блок 28. Поскольку величина Т0 неизменна в процессе измерения на адресные входы и входы управления подаются логические уровни, позволяющие постоянно считывать информацию из заданной ячейки памяти, хранящей величину Т0.

После каждого цикла преобразования содержимое счетчика-делителя 23 уменьшается на единицу до тех пор, пока не станет равным нулю. В этом случае на выходе блока 23 формируется сигнал конец счета, который поступает на блок 17 в виде сигнала запрет преобразования и код строб пуска с выхода блока 15 на блок 8 не поступает. По этому же управляющему сигналу в блоке 23 осуществляется запись информации в блок 29, поступившая на него с выхода блока 28. Задержка в блоке 26 компенсирует задержку сигнала в блоках 10, 12 и 13.

На фиг.2 в качестве примера технической реализации заявленного устройства представлен график выходного сигнала обнаруживаемого объекта.

Предварительная техническая оценка показала, что точность измерения излуча- тельной способности объекта в динамическом режиме (при перемещении летательного аппарата по трассе полета) зависит от пространственных радиусов корреляции объективного состава и высоты полета и для Европейской части территории страны при высоте полета 200 м повышается на величину 60%, при одновременном повышении вероятности обнаружения объекта на окружающем фоне с 0,5 до 0,7.

Таким образом за счет введения в состав предлагаемого устройства блоков 8-26 обеспечено повышение точности измерения на 60% при одновременном повышении вероятности обнаружения объекта с 0,5 до 0,7.

Регистратор 29 представляет собой цифровой регистратор, в качестве которого может быть, например, использован магнитный регистратор типа СМ 5300.01, обеспечивающий прием данных по шине данных.

Формула изобретения

Устройство бесконтактного измерения излучательной способности объектов, состоящее из последовательно соединенных антенны, модулятора, смесителя, второй вход которого соединен с гетеродином, усилителя промежуточной частоты., квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, а также регистратора и первовго делителя, вход Делитель которого соединен с первым постоянным запоминающим устройством, а выход - с регистратором, отличающее- с я тем, что, с целью повышения динамической точности измерения излучательной способности слэбоконтрастных объектов

при одновременном повышении вероятности обнаружения объекта на сложном фоне, введены аналого-цифровой преобразователь, пять регистров, генератор, два делителя, два триггера, два элемента задержки, два сумматора, мультиплексор, второе постоянное запоминающее устройство и шинный формирователь, элемент И, при этом выход усилителя низкой частоты соеди0 пен с информаационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого параллельно соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров, входы

5 Стробироание которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера, счетный вход которого соединен с выходом Конец преобразования аналого-цифрового преобразователя,

0 выход генератора параллельно соединен со счетными входами аналого-цифрового преобразователя, третьего регистра и второго делителя, выход которого параллельно соединен с первым входом элемента И и счет5 ным входом второго триггера, выход которого через первый элемент задержки соединен с управляющим входом модулятора, выход элемента И соединен с входом Пуск аналого-цифрового преобразовате0 ля, выходы третьего регистра соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора, выходы которого соединены с адресными входами второго постоянного запоминающего утсройства, вы5 ходы данных которого соединены с соответствующими информационными входами 1 четвертого регистра, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами третьего делителя, управляющий вы0 ход Чтение регистратора параллельно соединен с входами Сброс соответственно четвертого и пятого регистров, входами Загрузка шинного формирователя и третьего делителя, инверсный выход первого тригге5 ра соединен через второй элемент задержки с входами Строб пятого регистра и Декремент третьего делителя, выход которого параллельно соединен с входом Уп- равлеие записи регистратора и вторым

0 входом элемента И, прямые информационные выходы первого регистра соединены с первыми входами первого сумматора, вторые входы которого соединены с инверсными информационными выхоами второго

5 регистра, информационные выходы первого сумматора соединены с первыми входами второго сумматора, выход которого соединен с пятым регистром, выходы которого параллельно соединены с соответствующими вторыми входами второго сумматора и

информационными входами шинного фор- рого соединены с входами Депимое пер мирователя, информационные выходы кото- вого делителя. /

N

(h

W

I

Оператор

Фиг.{

f / tu -uvyv f

N и tf

М

N (О Ф