Компенсационный радиометр Советский патент 1982 года по МПК G01R29/26 

(5) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР

i Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов приемника, напри мер в космической радиоастрономии. Известен компенсационный радиометр, содержащий полосовой фильтр, тракт высокой частоты, детектор, бло компенсации, к второму входу которого подключен источник компенсирующего напряжения, а к выходу через низко частотный фильтр подключен регистратор l . Недостатки этого радиометра - огр ниченный динамический диапазон измеряемых шумовых сигналов на фоне внут ренних шумов и низкая чувствительность из-за потерь в полосовом фильт ре и из-за ограничения, накладываемо го на соотношение полос пропускания входного полосового фильтра и тракта высокой частоты. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является компенсационный радиометр, содержащий последовательно соединенные радиолокационный приемник, состоящий из тракта высокой частоты и детектора, блок компенсацИи, вход управления которого соединен с источником компенсирующего напряжения, низкочастотный фильтр и регистратор. Эгот радиометр имеет большую чувствительность при обеспечении достаточной стабильности егр коэффициента усиления 2 J. Недостатком устройства является невозможность производить автоматическое измерение слабых шумовых сигналов в любом.интервале динамического диапазона на фоне внутренних шумов. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и увеличение разрешающей способности при измерении слабых шумовых сигналов. 39 Указанная цель достигается тем, что в радиометр, содержащий тракт высокой частоты, вход которого соеди нен с входной клеимой устройства, а его выход подключен к входу детектора, блок комленсации, управляющий вход которого соединен с выходом источника компенсирующего напряжения, низкочастотный фильтр, выход которого соединен с входом регистратора, введены модулятор, усилитель, синхронный детектор, генератор опорного напряжения и второй регистратор, при этом первый вход модулятора соединен с выходом детектора, а второй вход модулятора соединен с выходом генератс ра опорного напряжения, с первым входом источника компенсирующего напряжения и с опорным входом синхронного детектора, сигнальный вход которого через последовательно соединенные блок компенсации и усилитель подключен к выходу модулятора, а выход синхронного.детектора соединен с входом фильтра, выход которого подключен к второму входу источника компенсирующего напряжения, вторым выходом соединенного с вторым регист ратором, причем источник компенсирующего напряжения выполнен в виде последовательно соединенных блока ограничителей по миннмуму и максимуму, блока управления, генератора импульсов, реверсивного счетчика, знаковый вход которого через коммутатор направления счета Подключен к второму выходу блока управления, преобразователя код-напряжения и второго модулятора. На-фиг. представлена структурная , схема радиометра; на фиг.2 - амплитудная характеристика радиометра на входе первого регистратора; на фиг.З амплитудная характеристика радиометра на входе второго регистратора, Радио тр содержит тракт 1 высокой частоты, детектор 2, модулятор 3 блок k компенсации, усилитель 5 синхронный детектор 6, низкочастотный фильтр 7 первый регистратор 8, источник 9.компенсирующего напряжения, генератор ТО опорного напряжения, второй регистратор 11, блок Т2 ограничителей по минимуму и максимуму, блок 13 управления, генератор И импульсов реверсивный счетчик 15 преобразователь Т6 код-напряжение, второй модулятор Т 7 коммутатор 18 4 направления счета и входная клемма 19 устройства. Радиометр работает следующим образом. Полезный шумовой сигнал поступает на вход тракта 1 высокой частоты, С выхода тракта высокой частоты сигнал, представляющий смесь собственных шумов радиометра и полезного шумового сигнала, поступает на детектор 2. Выходное напряжение с детектора 2 модулируется в основном модуляторе 3 и поступает на первый вход блока компенсации. На второй вход блока t компенсации поступает напряжение компенсации из источника 9 компенсирующего напряжения. Скомпенсированный сигнал с блока 4 компенсации усиливается в усилителе 5 детектируется в синхронном детекторе 6, а после прохождения низкочастотного фильтра 7 поступает в регистратор 8. Модулятор 3, модулятвр 17 в источнике 9 компенсирующего напряжения и синхронный детектор 6 управляются опорным напряжением импульсной формы, снимаемым с генератора 10 опорного напряжения. Напряжение компенсации, вырабатываемое источником 9 компенсирующего напряжения, формируется следующим образом. Сигнал с выхода ни з ко частотного фильтра 7 поступает в блок 12 ограничителей по минимуму и максимуму, в источник 9 компенсирующего напряжения. Порог ограничения по минимуму 12 ограничителей соответств ует нижнему значению шкалы регистратора 8, а порог ограничения по максимуму UpfpwaKcверхнему значению шкалы. Генератор ТА импульсов вырабатывает импульсы прямоугольной формы с периодом, несколько большим постоянной времени низкочастотного фильтра 7, и может работать в ждущем и автоколебательном режимах. Перевод в автоколебательный режим осуществляется логической Ч, а в ждущий - логическим О, снимаемых с блока 13 управления. Если выходное напряжение находится в пределах шкалы регистратора 8, то блок Т2 ограничителей выдает сигнал на блок 13 управления, под действием которого на его выходе формиру.ется логический О. Одновремен но с блока 13 управления выдается сигнал через коммутатор 18 направления счета на реверсивный счетчик 15 подтверждающий предыдущее знаковое состояние реверсивного счетчика 15Выходные сигналы, снимаемые с раз рядов реверсивного счетчика 15 и поступающие на преобразователь 16 код-напряжение, являются комбинациями сигналов логических 1 и О, определяющие номер интервала динамического диапазона радиометра. Пусть выходное напряжение Ugj,,y по входу регистратора 8 соответстеует точке А (фиг.2), а выходное напря жение Uei,.no входу второго реги1ЕТратора 11 равно уровню В (фиг.З). ;. .. Если, например, выходное напряжение Ugbiy-j увеличилось и превысило верхний предел шкалы регистратора 8, то блок 12 ограничителей по минимуму и максимуму выдает сигнал на блок 13 управления, под действием которого на входе генератора 11 импульсов фор мируется логическая. Генератор 1 импульсов переходит а режим автоколе баний и вырабатывает один импульс, который поступает на счетный вход реверсивного счетчика 15. Код, записанный в реверсивном счетчике 15 увеличивается на единицу. Предварительно с блока 13 управления выдается сигнал через коммутатор 18 направления счета на знаковые входы реве;рсивного счетчика 15 и обеспечивается операция сложения. Постоянное напряжение, снимаемое с преобразователя 16 код-напряжение, увеличивается скачком на величину, пропорциональную интервалу динамического диапазона регистратора 8. Новое значени выходного напряжения снимаемое с преобразователя 16 код-напряжение, фиксируется вторым регистрато ром 11 и после модуляции импульсным напряжением во втором модуляторе 1 поступает на другой вход блока компенсации. Поэтому сигнал после компенсации в блоке А компенсации, уменьшается скачком. Если это уменьшение напряжения приводит к тому, что оно окажется в пределах шкалы регистратора 8, то вместо сигнала логической 1 на входе генератора k импульсов появляется сигнал логического О и выходное напряжение источника 9 компенсирующего напряжения перестает увеличиваться. Если этого уменьшения напряжения недостаточно, то логическая 1 на входе генератора 14 импульсов сохраняется, генератор 1 импульсов выработает еще один импульс, появление которого приводит к дальнейшему скачкообразному уменьшению скомпенсированного сигнала на выходе блока 4 компенсации и так процесс продол- жается до тех пор, пока измеряемая величина не окажется в пределах шкалы регистратора 8. При каждом скачкообразном изменении напряжения на выходе блока l компенсации скачкообразно меняется сигнал, поступающий на вход второго регистратора 11. В результате выходное напряжение по входу регистратора 8 соответствует точке А (фиг.2), а выходное напряжение Ugyx2.° входу второго регистратора 11 равно уровню Б (фиг. 3). Величина измеряемого входного сигнала определится показаниями регистраторов 8 и 11. При уменьшении входного сигнала и при переходе выходным напряжением ШЧ,л предела шкалы регистратора 8 процессы в радиометре протекают в обратном порядке. -Коэффициент усиления радиометра выбирается из условия измерения первым регистратором 8 минимального шумового сигнала, равного флюктуационной чувствительности. Высокая стабильность коэффициента усиления радиометра обеспечивается преобразованием в модуляторе 3 продетектированного сигнала в импульсный его усилением в усилителе 5 и последующим детектированием в синхронном детекторе 6. Измерение величины шумовых сигналов в любом интервале динамического диапазона на фоне внутренних шумов радиометра обеспечивается тем, что любого интервала динамического диапазона коэффициент усиления по регистратору 8 остается постоянным, так как при изменениях измеряемого сигнала, выходящих за шкалу регистратора 8, источник 9 компенсирующего напряжения автоматически компейсирует измеряемый сигнал. Число разрядов реверсивного счетчика 15 выбирается исходя из требуемого динамического диапазона измерения входного сигнала.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

л///

etp.fiottB

агр.н11и О

Ш2

//г

фуг 2

фу. J