Радиометр

Радиометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РАДИОМЕТР, содержащий опор-; ный шумовой источник, модулятор, вход которого является входом радиометра , последовательно соединенные приемник и квадратичный детектор, синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подключен к управляющим входам модулятора и синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью увеличения, чувствительности и точности измерений при малых отношениях сигнал/шум, в него введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора , первый коммутатор, последовательно соединенные второй коммутатор, накопитель, низкочастотный прерьтатель, первый полосовой фильтр, сумматор , усилитель-ограничитель и высокочастотный прерьгаатель, второй полосовой фильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь , причем управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом удвоителя частоты, втс(рой выход второго коммутатора через второй полосовой фильтр подключен к второму входу сумматора, управляющие входы высокочастотного прерывателя и реверсивного счетчика подключены к таймеру, выход модулятора через первый коммутатор Иодключей к входу приемника, выход опорного шумового -источника соединен с вторым входом первого коммутатора, выход квадратичного детектора соединен с входом второго кo шyтaтopa, внкод tsO высокочастотного прерьгаателя -через U N9 синхронный детектор соединен с входом реверсивного счетчика, a выход цифроаналогового преобразователя 00 to . является выходом радиометра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК эш С 01 8 13/00

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ (21) 3620114/18-09 . (22) 11.07.83 (46) 15. 11.84. Бюл., 9. 42, (72) Б.П.Рябов и В.А.Шевченко (71) Отделение радиоастрономии .ордена Трудового Красного Знамени института радиофизики и электроники

АН УССР (53) 621.396.969(088.8) (56)- 1. IEEE Trans., on АР. 1967, March, v. Ар-15, У 2, р. 291-294.

2. Патент США 9 3693095, кл. G 01 R 29/08, 1970. (54}(57} РАДИОИЕТР, содержащий опор-, ный шумовой источник, модулятор, вход которого является входом радиометра, последовательно соединенные приемник и квадратичный детектор, синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подккпочен к управляющим входам модулятора и синхронного детектора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения. чувствительности и точности измерений при малых отношениях сигнал/шум, в него введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генера.,„Я0„„1124232 тора, первый коммутатор, последовательно соединенные второй коммутатор, накопитель, низкочастотный прерыва- тель, первый полосовой фильтр, сумматор, усилитель-ограничитель и высокочастотный прерыватель, второй полосовой фильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом удвоителя частоты, второй выход второго коммутатора через второй полосовой фильтр подклю-: чен к второму входу сумматора, управляющие входы высокочастотного преры- Я вателя и реверсивного счетчика подключены к таймеру, выход модулятора через первый коммутатор подключеЪ к входу приемника, выход опорного шумового .источника соединен с вторым входом первого коммутатора, выход квадратичного детектора соединен с входом второго коммутатора, выход высокочастотного прерывателя через синхронный детектор соединен с входом реверсивного счетчика, а выход цифроаналогового преобразователя .,является выходом радиометра.

1124232 2 тотный прерыватель, второй полосовой фильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом удвоителя частоты, второй выход вто,рого коммутатора через второй полосовой фильтр подключен к второму входу

Ip сумматора, управляющие входы высокочастотного прерывателя и реверсивного счетчика подключены к таймеру, выход модулятора через первый коммутатор подключен к входу приемника, выход опорного шумового источника соединен с вторым входом первого коммутатора, выход квадратичног о детектора соединен с входом второго .коммутатора, выход высокочастотногр прерывателя через синхронный детектор соединен с входом реверсивного счетчика, а выход цифроаналогового преобразователя является выходом радиометра.

На фиг. 1 представлена структурная злектрическая схема предлагаемого радиометра, на фиг. 2 — времен ные диаграммы. напряжений, поясняющие его работу.

Радиометр содержит модулятор 1, З опорный шумовой источник 2, первый коммутатор 3, приемник 4, квадратичный детектор 5, второй коммутатор 6, накопитель 7, низкочастотный прерыватель 8, первый полосовой фильтр 9, 35 сумматор 10, второй колосовой фильтр

11, усилитель-ограничитель 12, высокочастотный прерыватель 13, синхронный детектор 14, реверсивный счетчик 15, ;цифроаналоговый преобразователь 1б, низкочастотный генератор 17, удвоитель 18 частоты модуляции и таймер 19.

Изобретение относится к радиотехнике и можст быть использовано в радиоастрономических приемных системах, работающих в условиях малых отношений сигнала к шуму.

Известен стабилизированный кросс» корреляционный радиометр с петлей авторегулирования, содержащий два одинаковых приемника с фазовым переключением, входы которых соединены в квадратуре с двумя антеннами, а выходы подключены к накальным цепям двух диодных шумовых генерато-. ров, выходы которых подведейы через направленные ответвители к входам .радиометров 1 3.

Однако при весьма малых отношениях сигнала к шуму описанная система неработоспособна вследствие воздействия шума на систему авторегулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является радиометр, содержащий опорный шумовой источник, модулятор, вход которого является входом радиометра, последовательно соединенные приемник и квадратичный детектор, синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подключен к управляющим входам модулятора и синхронного детектора (" 1.

Однако данный радиометр имеет низкую чувствительность и малую точность измерений в случае весьма малых отношений сигнала к шуму на входе.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности из мерений при малых отношениях сигнал/ шуме

Поставленная цель достигается тем, что в радиометр, содержащий опорный шумовой источник модулятор, вход которого является входом радиометра, последовательно соединенные . 45 приемник и квадратичный детектор, синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подключен к управляющим входам модулятора и синхронного детектора, введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора, первый коммутатор, последовательно соединенные второй коммутатор, на- 55 копитель, низкочастотный прерыватель, .первый полосовой фильтр, сумматор, усилитель-ограничитель и высокочасРадиометр работает следующим образом.

На вход радиометра от источника сигнала, например от антенн А1 и А2 поступает шумовой полезный сигнал спектральная плотность которого равна 5< . Одновременно на входе действует шум со спектральной плотностью

5<»Вс. В модуляторе 1 полезный сигнал модулируется по амплитуде на

1ООХ прямоугольным низкочастотным напряжением с частотой FM à шум не модулируется.

Периодически в радиометр вводится сигнал опорного шумового источника 2, спектральная платность которого 5 Бщ . На вход приемника 4

1124232 поступает сигнал с выхода первого коммутатора 3, а с выхода квадратичного детектора 5 сигнал подается на вход второго коммутатора б, который аналогичен первому коммутатору 3 H синхронно с ним управляется от удвоители 18 частоты модуляции.

Каждый полупериод модуляции первый коммутатор 3 подключает вход приемника 4 к опорному шумовому 1О источнику 2 на интервал времени

4t — 0,05 Т„„ (где Т,щ = †-), а вто1 м рой коммутатор б синхронно подключа}ет выход квадратичного детектора 5 к накопителю 7. Остальную часть полупериода модуляции (0,45 Т,„) вход

-приемника 4 подключен к выходу модулятора 1, а выход квадратичного детектора 5 подключен к второму полосо-Zo вому фильтру 11.

Второй полосовой фильтр 11 пропускает модулированную составляющую полезного сигнала и осуществляет предварительную фильтрацию продетек- 25 тированного шума, т.е. задерживает постоянную составляющую и частично ослабляет переменйую составляющую шума. за

Выходной сигнал накопителя ? представляет собой слабо флуктуирующее напряжение Ц„(фиг. 2а). Это напряжение преобразуется в переменное синусоидальное напряжение с помощью низкочастотного прерывателя 8, частота переключений которого выбирается равной 100Рм, и первого полосового фильтра 9, настроенного на частоту переключений Р„. Полученное íà 4g выходе первого полосового фильтра 9 напряжение U (фиг. 2б)

0„=А, в }и 27 кФ, (1). где А и —— }н

45 складывается с выходным напряжением второго полосового фильтра 11 в сумматоре 10..На выходе сумматора,10 образуется напряжение 50

u =u.-и ++u,, (ц} где U — полезный сигнал, представ- ляющий собой прямоугольное низкочастотное напряже-55 ние с нулевым средним значением и слабо флуктуирующей амплитудой Фс

8 —,— Sс 4f }, (3} где К вЂ” коэффициент усиления по мощP ности от входа приемника 4 до выхода сумматора 10 (коэффициенты передачи модулятора 1 и первого коммутатора 3 считаем равными единице);

U — переменная составляющая продетектированного шума, среднеквадратическое значение

6 которого подчиняется

lU неравенству (4) полосового фильтра 11. Тогда отноа. а шение — - при (<1 равно

Ао. Ар 1 „ il "i (6}

Яо 2 Т„ где д.

i (+11 (- }1, т.=- (} "<-1 а отношение спектральной плотности мощности полезного сигнала к спектральной плотности мощности шума равно

5с УТ(+ T — дТ

=7i (} о

Е,«G <А, 0 — опорное синусоидальное,напряжение с амплитудой Ao:

Я =.},Д(„}, (}

Суммарное напряжение U (фиг. 2в) подается на вход усилителя-ограничителя 12, где подвергается двустороннему амплитудному ограничению на нулевом уровне, в результате чего на его выходе образуется прямоугольное клиппированное напряжение U единичной амплитуды с переменной скважностью и частотой повторения, равной F„ (H . 2r).

После ограничения вся информация об амплитуде сигнала . и среднеквадратическом значении шума „, заключена во временных характеристиках сигнала U т.е. длительностях положительных т,(+},. и отрицательных импульсов. Обозначим через а; = (U + Ощ )„: отсчеты суммарной реализации сигнала и шума, сделанные .

1 с шагом Т „ = на выходе второго к

1124232

S где

=с 1 . и т<,*Ха, „.; s

jag Ф . интервал ийтегрирования," ф\Ф К - число отсчетов, И

К-.

С целью измерения йТ выходное . 10 напряжение 0 усилителя-ограничителя

fc

12 подается на высокочастотный прерыватель 13, частота У переключений которого выбирается из усло-. вия f Ъ 50 Р„ . Выходное напряжение

0 высокочастотного прерывателя 13 (фиг. 2д) поступает на синхронный детектор 14, в котором:производится стробирование интервалов времени, совпадающих, например, с отрицатель- 2п ными полупериодами сигнального меанд- ра 0c Выходное напряжение Uc* синхронного детектора 14 (фиг. 2е) подается на реверсивный счетчик 15, s котором накапливается пропорциональ- 2S ная ЗТ разность положительных и отрицательных импульсов, следующих с частотой 1,.

Управление синхронным детектором

14 и модулятором 1 производится от низкочастотного генератора 17 частоты Р „, а управление первым коммутатором 3 .и вторым коммутатором 6 осуществляется удвоигелем 18 частоты мо- уляции Рщ . Удвоение частоты примеено с целью устарения воздействия. на выходной сигнал радиометра отри цательных импульсов, образующихся при .отключении квадратичного детектора 5 от второго полосового фильт- 40 pa 11 на время 0,05 TM. Синхронный детектор 14 и реверсивный счетчик 15 полностьЬ подавляют составляющую с б частотой 2 ц, так как представляют собой эквивалент узкополосного фильтра, настроенного на частоту F+ .

Время счета импульсов 1„ задается таймером 19 и устанавливается равным требуемому интервалу Ф накопления полезного сигнала. Одновременно с установкой Ф таймер 19 управляет частотой коммутации высокочастот1 ного прерывателя 13 по закону ф Ф чтобы исключить переполнение реверсивного счетчика 15 в. случае больших значений Ф и стабилизировать уровень полезного сигнала на выходе радиометрз при использовании разных С

Содержимое реверсивного счетчика

15 в конце каждого:,интервала. счета (равного ..Ф ) подается на цифроаналоговый преобразователь 16, на выходе которого образуется последовательность отсчетов с шагом, образующая профильтрованный полезный сигнал.

Сравнительный анализ показывает, что в предлагаемом радиометре исключено влияние низкочастотных дрейфов коэффициента усиления, шумовой полосы пропускания, температуры шума и нулевой линии на результат измерения мощности полезного сигнала.

В результате при измерении спектральной плотности слабых шумовых сигналов, например, от космических радиоисточников флуктуационная чувствителЬность радиометра возрастает примерно в 10 раз за счет увеличения времени накопления до нескольких часов, а также повьппается точность измере ний.

1124232

Ъъ °

1124232

Составитель В.Родзивилов

Техред >К.Кастелевич

Редактор И.Рыбченко

Корректор A-Зимокосов

Подписное

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8273/34 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Е ч Я!

@ I