Способ калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования окружающей среды

 

СПОСОБ КАЛИБРОВКИ МОДУЛЯЦИОННЫХ РАДИОМЕТРОВ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, Заключающийся в низкочастотной модуляции измеряемого и каждого из двух калибровочных радиотепловых изучений; различной интенсивности, преобразовании спектра модулированного радио теплового излучения в область низкой . частоты и синхронном детектировании низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотеплового излучения , отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем сокращения числа тактов калибровки , перед модуляцией осуществляют коммутацию двух калибровочных радиотепловых излучений различной интенсивности с частотой, превышающей частоту модуляции, одновременно Модулируют измеряемое и результирующее калибровочное радиотепловые излучения и после преобразования спектра модулированного радиотеплового излучения в область низкой частоты осу (Л ществляют одновременное независимое синхронное детектирование низкочастотной компоненты преобразованного спектра ргщиотеплового излучения соответственно с частотой коммутации калибровочных радиотепловых излучений и частотой модуляции.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 G 01 W 1 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOlVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3440205/18-10 (22) 15.04.82 (4б) 07.09 ° 83. Бюл. Р 33 (72) М.В. Бухаров и В.П. Яковлев (71) Государственйый научно-исследовательский центр изучение природных ресурсов (53) 551.508.25 (088.8) (56) 1; N j oku Е. G. et a0 . The lheasat

Scanning Muf t ichanne f Microwave

Radiometer (SNMR) — instrument

Description and Performance IEEE ., 1980, v. OE5, Р 2, р. 100-115.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3323224/18-10, кл. G 01 W 1/18, 21.07.81 (прототип). (54).(57) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ МОДУЛЯЦИОННЫХ РАДНОМЕТРОВ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, заключающийся в низкочастотной модуляции измеряемого и каждого из двух калибровочных радиотепловых изучений, различной интенсивности, преобразо„ЛО„„А вании спектра модулированного радибтеплового излучения в область низкой частоты и синхронном детектировании низкочастотной компоненты преобразо-. ванного спектра радиотеплового излу- чения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности пу тем сокращения числа тактов калибровки, перед модуляцией осуществляют коммутацию двух калибровочных радиотепловых излучений различной интен- сивности с частотой, превышающей частоту модуляции, одновременно Модулируют измеряемое и результирующее калибровочное радиотепловые излучения и после преобразования спектра модулированного радиотеплового иэлу- Я чения в область низкой частоты осуществляют одновременное независимое синхронное детектирование низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотеплового излучения соответственно с частотой коммутации Я калибровочных радиотепловых излучений и частотой модуляции.

1040451

Изобретение относится к технике дистанционного зондирования атмосферы Земли и .подстилающей поверхности и наиболее эффективно может быть использовано при калибровке выходного сигнала модуляционных радиометров, предназначенных для определения температуры поверхности океанов, интегральной влажности атмосферы, влагосодержания облаков, интенсивности, осадков и при проведении измерений 10 контрастов: этих параметров.

Известен способ калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования окружающей среды, заключающийся в поочередной низко- 15 частотной модуляции измеряемого и каждого из двух калибровочных радиотепловых излучений различной интенсивности, гетеродинном преобразовании спектра модулированного радиотеплового излучения в область низкой частоты и синхронном детектировании низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотеплового излучения с частотой, равной частоте модуляции, причем первый калибровочный сигнал включается на одном краю кривой сканирования антенны радиометра, а второй калибровочный сигнал — на противоположном краю $1) .

Недостаток укаэанного способа— невысокая точность калибровки вследствие ее малой длительности..Причем. увеличение длительности калибровки, необходимое для повышения ее точности, может быть достигнуто только путем уменьшения принимаемой полезной информации об исследуемых метеорологических параметрах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае-. 40 мому результату является способ калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования бкружающей среды, заключающийся в поочередной низкочастотной модуляции 45 измеряемого и каждого иэ двух калибровочных радиотепловых излучений различной интенсивности, гетербдинном преобразовании спектра модулированного радиотеплового излучения в область низкой частоты и синхронном детектировании низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотепловогО излучения с частотой, равной частоте модуляции, причем синхронное детектирование калибровочных сигналов осуществляется сначала при инвертированной (сдвинутой на

180О относительно предшествующих значений) фазе опорного напряжения синхронного детектора (первые два 60 такта калйбровки, осуществляемые соответственно для первого и второго калибровочных сигналов), а затем для одного иэ калибровочных сигналов при исходной фазе опорного напря-65 жения (третий такт калибровки, осуществляемый для второго калибровочного сигнала) (2) .

Недостатком известного способа является необходимость проведения трех тактов калибровки радиометрических каналов, вследствие чего увеличивается .время калибровки и возрастает объем пропускаемой в процессе калибровки полезной информации об исследуемых метеорологических параметрах.

Цель изобретения — повышение точ ности калибровки путем сокращения числа тактов калибровки и увеличения времени измерения калибровочного сигнала при сохранении полезной информации о радиотепловом излучении, принятом антенной системой.

Для достижения поставленной цели согласно способу калибровки модуля.цибнных радиометров для дистанционного зондирования окружающей среды, заключающемуся в низкочастотной модуляции измеряемого и каждого из двух калибровочных радиотепловых излучений различной интенсивности, гетеродинном преобразовании спектра модулированного радиотеплового излучения в область низкой частоты и синхронном детектировании низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотеплового излучения, перед модуляцией осуществляют коммутацию двух калибровочных радиотепловых излучений различной интенсив,ности с частотой, превышающей час тоту модуляции, одновременно модули руют измеряемое и результирующее калибровочное радиотепловые излучения и после преобразования спектра модулированного радиотеплового излучения в область низкой частоты осуществляют одновременное независимое синхронное детектирование низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотеплового излучения соответственно с частотой коммутации калибровочных радиотепловых излучений и частотой модуляции.

Частота коммутации двух калибровочных радиотепловых излучений выбирается из условия

nfêФЧФ, 1 где 1к — частота коммутации; — частота модуляции;

)1и )й — целые числа.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего способ калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования окружающей среды; на фиг. 2 — график изменения во времени интенсивности радиотеплового излучения на выходе модулятора.

1040451

Устройство, реализующее способ калибровки радиометров для дистанционного зондирования окружающей среды, состоит иэ модулятора 1, коммутато-. ра 2, источника 3 калибровочного излучения постоянной интенсивности, модулирующего генератора 4, коммутирующего генератора 5,,блока 6 гетеродинного преобразования спектра модулированного:радиотеплового излучения в область низкой частоты, синхронных детекторов 7 и 8 для детектирования низкочастотной компоненты преобразованного спектра радиотепло- . вого излучения соответственно с частотой модуляции 1 „ и частотой коммутации 1» .

При этом коммутатор 2 может быть выполнен, например, на базе р-(-й- . диодов, используемых в качестве управляемых переменных сопротивлениЯ, Способ осуществляется следующим образом.

В результате осуществления коммутации с частотбй t» двух калибровочных радиотепловых излучений различной интенсивности Т»„ и Т»2 (фиг ° 2), ,одновременной модуляции с частотой

11я результирующего калибровочного: и измеряемого радиотепловых излучений и гетеродинного преобразования спектра модулированного излучения в область низкой частоты в спектре .полученного низкочастотного сигнала. возникают две совокупности гармоник (частот 1 э и 1 » ), в которых амплитуды гармоник зависят от их номера.:

Амплитуды гармоник частоты 1» про+ порциональны разнице значений Т » и

Т», а амплитуды гармоник частоты1 „ пропорциональны разнице значений T+

1 и «2(Т»1+ T»g).

В результате проведения синхронного детектирования полученных coio- купностей гармоник независимыми опорными сигналами с частотами 1» и я, удовлетворяющими условиюп1»фщ Ц„ и последующего усреднения выделяются постоянные сигналы U» и U+ величина которых пропорциональна соответст-

ВоННо TK< -Т»2 H Tg — (T»(+, Т»2)

При равенстве коэффициентов преобразования синхронных детекторов и известных значений Т»1 и Т»2 выражение для интенсивности измеряемого излучения Т на входе модулятораимеет вид (00

Тп = 2 (Т»„ Т»2) и — ((»„- („з) где а — коэффициент порядка еднйицы, учитывающий форму модулирующего, коммутирующего и демодулирующих сигналов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ,. работает следующим образом.

На первый вход модулятора 1, возбуждаемого переменным ТоКоМ с частотой f > 1 кГц от модулирующего.

10 генератора 4, подается измеряемое радиотепловое излучение Т (например, диапазона 0,8 см). На второй вход модулятора поочередно с частотой

1» 10 кГц (nf»$mfmrpe и и ю — целые числа) подаются два калибровочных радиотепловых излучения известной интенсивности Т» .и Т»2, которые создаются в результате пропускания калибровочного излучения источника о, 3 через коммутатор 2. Причем величина затухания коммутатора 2 дискретно изменяется под влиянием управляющего сигнала с частотой f K задаваемого коммутирующим генератором 5.

В результате на выходе модулэтора 1 формируется одновременно модулированное измеряемое (ТП) и результирующее .калибровочное (Т»1 и Т»2 ) радиотепловые излучения (фиг.2), которые поступают на. вход блока 6 гетеродинного преобразования. После преобразования спектра из области сверхвысоких в область низких частот, осуществляемого в блоке 6, на входы синхронных детекторов 7 и 8

35 поступает низкочастотное напряжение в виде двух независимых совокупностей гармоник. Поступающие на опорные . входы, синхронных детекторов 7 и 8

1демодулирующие сигналы с частотой

4P . f.m и т». от моДулируюЩего генеРатоРа

4 и коммутирующего генератора э формируют на выходе синхронных детекторов постоянные напряжения Оп и ц», пропорциональные соответственно

45 значениям Тц -2(T» + Т»2) и Т») - Т»2 (фиг.2) . По известным эначенйям

Ua, UK, Т», Т»2 и а согласно (1) рассчитывается величина интенсивности измеряемого радиотеплового излу-. чения на входе модулятора.

Предлагаемый способ калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования по сравнению с известным спрсобом позволяет увеличить (не менее чем в два раза) время измерения калибровочного сигнала, т.е. не менее чем в - 2 раза повысить точность его измерения, следовательно, точность калибровки.

1040451

5r

r+< m

4ЬГ

Составитель В.,агапова

Редактор Л. Филь Техред A. Бабийец Корректорй. Ференц.

Заказ 6924/50 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комнтета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4