Сверхвысокочастотный радиометр

 

Изобретение относится к пассивной радиолокации . Цель изобретения - повышение точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения. обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факторов Радиометр построен по схеме Хача и содержит модулятор 2, приемноусилительный блок 4, облучатель 5, параболический отражатель 8, синхронные детекторы 9 и 10, интегрирующий АЦП 13 и генератор 1 опорных напряжений Новым является то, что контрольный сигнал вводится непосредственно в антенную систему, для чего используются поляризационная сетка 12, перекрывающая раскрыв антенны облучатели 6 и 7, генератор 11 шума и модулятор 3 Облучатели 5, 6 и7иполяризацион ная сетка 12 сориентированы так что промодулированный сигнал генератора 11, излученный облучателем 6, отражается отражателем 8 и попадает в облучатель 7, а из него поступает в блок 4 Таким образом, в существенной степени устраняется влияние потерь в отражателе 8 антенной системы на точность измерений, 2 з п.ф-лы, 4 ил (Л С

СОК э СОВЕТСКИХ

CORI!АЛИСТИ 3ICKMX

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

3МН)И3,"... "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4635382/09 (22) 12.01.89 (46) 23.10,91. БюлЛФ39 (71) Муромский филиал Владимирского политехнического института и Главная геофизическая обсерватория им.Воейкова (72) В.В.Фамин, В,В.Булкин, В,А,Николаев и Г.Г.Щукин (53) 621.396.96:621,371 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1105832, кл. G 01 R 29/08, 29.04.81.

Версин Н,Н. и др. Измерительные СВЧрадиометры с цифровым выходом. Приборы и техника эксперимента, 1988, М 2, с.103—

106. (54) СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к пассивной радиолокации. Цель изобретения — повышение точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения, Изобретение относится к пассивной радиолокации; а именно к технике измерения радиояркостных температур радиотепловрго излучения природных объектов, и может быть использовано в радиометрических комплексах для исследований атмосферы.

Цель изобретения состоит в повышении точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения, обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факторов.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема сверхвысокочастотно.Я » 1686388 Al (я)ю G 01 R 29/08, G 01 S 13/95 обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факторов. Радиометр построен по схеме

Хача и содержит модулятор 2, приемноусилительный блок 4, облучатель 5, параболический отражатель 8, синхронные детекторы Q и 10, интегрирующий АЦП 13 и генератор 1 опорных напряжений, Новым является то, что контрольный сигнал вводится непосредственно в антенную систему, для чего используются поляоизационная сетка 12, перекрывающая раскрыв антенны, облучатели 6 и 7, генератор 11 шума и модулятор 3, Облучатели 5, 6 и7иполяризационная сетка 12 сориентированы так, что промодулированный сигнал генератора 11, излученный облучателем 6, отражается отражателем 8 и попадает в облучатель 7, а из него поступает в блок 4. Таким образом, в существенной степени устраняется влияние потерь в отражателе 8 антенной системы на точность измерений, 2 з.п,ф-лы, 4 ил.

ro радиометра: на фиг,2 — структурная электрическая схема интегрирующего аналогоцифрового преобразователя; на фиг.3— структурная электрическая схема генератора опорных напряжений; на фиг,4 — диаграммы, поясняющие работу сверхвысокочастотного радиометра.

Сверхвысокочастотный радиометр содержит генератор опорных напряжений 1, первый 2 и второй 3 модуляторы, приемноусилительный блок 4. первый 5, второй 6 и третий 7 облучатели, параболический отражатель 8, первый 9 и второй 10 синхронные детекторы, генератор шума 11, поляриэационную сетку 12 и s»rerpèpóloùèé аналогоцифровой преобразователь (ИАЦП) 3.

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 13 }:одержи1 первый 14 и второй 15 интеграторы, детектор отноше- 5 ний 16, ключ 17 и блок o l-}àëoão-цифрового и реобразователя (БАЦП) 18.

Генератор опорных напряжений содержит генератор импульсов 19, делитель частоты 20, инвертор 21, логический элемент И 10

22, первый 23 и второй 24 аттенюаторы и сумматор 25, Радиометр рабо1эет следу}ощим образом.

На отрезке времени (t< — t1) (см.фиг,4) 15 под воздействием управляющего сигнала, поступающего с первого выхода генератора

1 (см,фиг.4а), первый модулятор 2 подключает вход блока 4 к первому облучателю 5.

Принятый отражателем 8 сигнал Т поступа- 20 ет через облучатель 5 и модулятор 2 на вход блока 4 и далее с выхода блока 4 на входы первого 9 и второго 10 детекторов.

На отрезке времени (t1 — t3) модулятор 2 подключает K блоку 4 второй облучатель 6, 25

Одновременно второй модулятор 3 под воздействием сигнала, поступающего с четвертога выхода генератора 1 (см.фиг,46), пропускает эталонный сигнал с генератора шума 11 на третий облучатель 7. Причем на 30 отрезке времени (t1 — t3) мощность шумовогп

СИГНаЛа СОСтаВЛявт Тш1, Э На ОтрЕЗКЕ Врвмени (t2 — t3) — Тшг - Тш1(см ф }} 4l) Обг}учэтель 7 формирует ллоский фронт волны в фокальной плоскости отражателя 8 антенHtI, Это г}роисходит BoTOIKу, что Облучатель

7 расположен на расстояь}ии I > 2Г -Д от этой плоскости, где D --- -диаметр облучателя, А — рабочая длина волны.

Шумовой сигнал принимается отражателем 8 и через облучатель 6, и модулятор 2 поступает на вход бло;<а 4 и далее нэ входы

1 и 2 синхронных детекторов 9 и 10, Так как в передаче шумового сигнала от облучателя 7 к облучэтел}а 6 участьует не вся поверхность отражателя 8, го коэффициент усиления антенны будет отличаться от коэффициента усиления при приеме измеряемого сигнала Т>. Следовательно, и эталонные шумовые сигналы, поступающие на вход блока 4, будут иметь значение; ! I -} } с}

Тш16 =- Тш} И Тшг 4 =- Тшг, Гдв ( коэффициент усиления ан; енны для систе,мы Отражатель 8 Облуча ель 7, Величина

l Ьэ

G может определяться в процессе настройки аппаратуры или ее метрологической псверки, Под действием управля}Ощего сигнала, поступающего в момент t } oo BTopoco Bh}2,Ода генератора 1 (см,фиг.4д), синхронный детектор 2 выделяет сигнал, пропорциональный разности температур, К ((R321 }ш1 + T ) (R321 Тшг + Т )j =

К R321 (Тш1 Тшг ), (1) где К вЂ” коэффициент передачи блока 4.

Этот сигнал поступает на второй вход

АЦП 13.

Синхронный детектор 9 выделяет сигнал, пропорциональный разности эталонного сигнала и Т>. Так кэк эталонный сигнал на отрезке времени t1 — t3 принимается облучателем 6, имеющим ортогональную поляризацию по отношении к облучателю 5, то это позволяет исключить влияние исследуемого сигнала Тз на шумовой калибровочный сигнал, Это возможно благодаря наличию поляризационной сетки 12 перед антенной системой. Проводники сетки перпендикулярны вектору напряженности электрического поля излучения объекта и она практически не препятствует приему сигнала, Так как второй 6 и третий 7 облучатели имеют ортогональную поляризацию по отношению к первому облучателю 5, то ис кл юча ется (благодаря наличию поляриэационной сетки 12) прием вторым облучателем 6 сигнала от исследуемого объекта.

Таким образом, на первый вход ИАЦП 13 с выхода детектора 9 поступает сигнал, пропорциональный (R321 Тш1 +Т,)+Т321 тшг +Т ) 2 — K(R321 Та+ Т )- К R321 ((Тш1 +Тшг ) /2 — Та).

2 г (2)

В ИАЦП 13 осуществляются накапливание сигналов, деление и преобразование в цифровой код. Возможная схема ИАЦП 13 представлена на фиг.2 ИАЦП работает сле- дующим образом. Сигналы (1) и (2), поступающие с выходов детекторов 10 и 9 соотeeTственно на второй и первый входы ИАЦП

13, интегрируют вторым 15 и первым 14 интеграторами и передаются на детектор

15. Благодаря наличию ключа 17 сигнал с детектора 10 и ИАЦП 13 нэ детектор 14 передается только в момент поступления разрешающего импульса (tl — 3) с второго выхода генератора 1 (см.фиг.4е), т.е. тогда, когда детектор 10 вырабатывает сигнал (1).

Детектор 16 выделяет сигнал, пропорциональный отношению

K R321 ((Тш1 + Тшг 2) .— Т4

" (321 (Тш1 Tw2 )

2 } }

1686388

50

55 ((Тш, + Тш2 )/2 — Та

ТШ1 — Тш2

I 1 который БАЦП 18 переводит в цифровую форму.

Из уравнения (3) видно, что полученный на выходе радиометра сигнал свободен от влияния Яз21 и Т на измеряемый сигнал.

Возможная схема генератора 1 представлена на фиг.3. Генератор работает следующим образом. Генератор 19 вырабатывает сигнал, используемый для управления работой детектора 10 (см.фиг.4д). После деления этих сигналов делителем частоты

20 получают импульсы, необходимые для управления работой первого генератора 1 и детектора 9 (см.фиг.4а). Инвертирование этого сигнала инвертором 21 позволяет получить сигнал для управления ключом 17 (см.фиг.4в), Сигнал с выходов генератора импульсов 19 и инвертора 21 подаются на входы логического элемента И 22, который вырабатывает сигнал, соответствующий уровню логической единицы только при наличии аналогичного сигнала на обоих входах (см.фиг.4е,г), С выхода логического элемента И 22 сигнал через первый аттенюатор 23 подается на вход сумматора 25, на второй вход которого поступает (через второй аттенюатор 24) сигнал с выхода инвертора 21. В результате сложения сигналов сумматором 25 на выходе последнего формируется сигнал, управляющий работой второго модулятора 3, Аттенюаторы 23 и 24 нужны для установки необходимого уровня сигналов.

Как видно из уравнения (3) благодаря предложенному техническому решению исключается влияние собственного радиотеплового излучения и коэффициента отражения трехслойной среды воздух-водаметалл, образующий на поверхности отражателя антенны во время дождя.

Исключения этого влияния позволит, как показывают расчеты, повысить точность измерения радиояркостной температуры.

Формула изобретения

1. Сверхвысокочастотный радиометр, содержащий последовательно соединенные первый облучатель, первый модулятор, приемно-усилительный блок, первый синхронный детектор и интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, а также параболический отражатель, второй синхронный детектор, подключенный выходом к второму входу интегрирующего аналогоцифрового преобразования, и генератор опорных напряжений, первый, второй и третий выходы которого подключены соответ ственно к управляющим входам первого модулятора второго синхронного детектора и третьему входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом сверхвысокочастотного радиометра, причем сигнальный вход второго синхронного детектора подключен к выходу приемно-усилительного блока, а первый облучатель расположен в фокусе параболического отражателя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений при устранении составляющей погрешности измерения. обусловленной изменением потерь в антенной системе под воздействием внешних факторов, в него введены второй облучатель, выход которого подключен к второму входу первого модулятора, последовательно соединенные генератор шума, второй модулятор и третий облучатель, первый, второй и третий облучатели расположены между параболическим отражателем и введенной поляризационной сеткой, причем первый и второй облучатели расположены в фокусе параболического отражателя, а третий облучатель смещен относительно фокуса параболического отражателя и расположен на асстоянии р !

> 20/Л, где 0 — диаметр третьего облучателя;

Л вЂ” дина волны принимаемого излучения, а поляризационная сетка выполнена в виде параллельных проводников, расстояние б между которыми определяется из условия Л/8< d < il/4, причем облучатели, сориентированы так, что вектор поляризации излучения, принимаемого вторым и третьим облучателями, параллелен проводникам сетки и перпендикулярен вектору поляризации излучения, принимаемого первым облучателем, а управляющие входы первого синхронного детектора и второго модулятора подключены соответственно к первому и четвертому выходам генератора опорных напряжений.

2, Радиометр по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что генератор опорных напряжений содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты. инвертор, логический элемент И, первый аттенюатор и сумматор, а также второй аттенюатор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом инвертора и вторым входом сумматора, причем второй вход логического элемента И подключен к выходу генератора импульсов, а выходы делителя частоты, генератора импульсов, инвертора и сумматора являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами генератора опорных напряжений.

1686388

3, Радиометр по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что интегрирук)щий аналого-цифровой преобразователь содержит последова тельно соединенные первый интегратор, детектор отношений и блок аналого-цифра- 5 вого преобразования, а также последовательно соединенные второй интегратор и ключ, причем выход ключа соединен с вторым входом детектора отношений, а входы первого и егоporo интеграторов, управляющий вход ключа и выход блока аналого-цифрового преобразования являются соответственно первым, вторым, третьим входами и выходом интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, 1686388 дых 2 с

Фиг 4

Составитель С,Кочеров

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор Т,Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3596 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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