Нулевой радиометр

Нулевой радиометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к пассивной радиолокации , а именно к технике измерения мощности медленно меняющихся шумовых сигналов, и может быть использовано в радиоастрономии , радиометеорологии и медицине . Цель изобретения - повышение точности измерения шумовой температуры квазистационарных радиотепловых полей. Радиометр содержит последовательно соединенные направленный ответвитель 1, модулятор 5, приемник 6. импульсный усилитель 7, фильтр 8 верхних частот, синхронный фильтр 9. компаратор 10. блок 11 управления , управляемый генератор 4 тока, генератор 3 шума и аттенюатор 2, а также согласованную нагрузку 12. подключенную к второму сигнальному входу модулятора, антенну 13. соединенную с первым входом направленного ответвителя, и термостат 14, на котором устанавливаются чувствительные к изменениям температуры элементы. Выход аттенюатора подключен к второму входу направленного ответвителя, в результате чего замыкается контур автоматического регулирования средней мощности сигнала на первом входе модулятора. Совокупность синхронного фильтра, компаратора и блока управления с высокой точностью управляет режимом подшумливания известного сигнала от генератора шума и выдает сигнал в виде параллельного двоичного кода , линейно связанного с мощностью принимаемого сигнала и независящего от коэффициента усиления приемника. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. } ел С 4 О 4 О Nj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

Ь

С» Ч

?Ü1 (21) 4708980/09 (22) 22,06.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Читинский институт природных ресурсов СО AH СССР (72) А.В. Филатов и Г,С. Бордонский (53) 621.396.96:621.371 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1171731, кл. G 01 R 29/08, 1982, Hardy W.N., Gray К.W„Love А.W. An

S-band radiometer design with high absolute

precision. — IEEE Transaction on Microwave

theory and techniques, 1974, vol. МТТ-22. М

4, р. 382-390. (54) НУЛЕВОЙ РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения мо(цности медленно меняющихся шумовых сигналов, и может быть использовано в радиоастрономии, радиометеорологии и медицине. Цель изобретения — повышение точности измерения шумовой температуры квазистационарных радиотепловых полей.

Радиометр содержит последовательно соединенные направленный ответеитель 1, мо„„Я „„1704107 А1

I (s!)s G 01 Я 29/08, G 01 S 13/95 дулятор 5, приемник 6. импульсный усилитель 7, фильтр 8 верхних частот, синхронный фильтр 9, компаратор 10, блок 1! управления, управляемый генератор 4 тока, генератор 3 шума и аттенюатор 2, а также согласованную нагрузку 12. подключенную к второму сигнальному входу модулятора, антенну 13. соединенную с первым входом направленного ответвителя, и термостат 14, на котором устанавливаются чувствительные к изменениям температуры элементы.

Выход аттенюатора подключен к второму входу направленного ответвителя, в результате чего замыкается контур автоматического регулирования средней мощности сигнала на первом входе модулятора. Совокупность синхронного фильтра, компаратора и блока управления с высокой точностью управляет режимом подшумливания известного сигнала от генератора шума и выдает сигнал в виде параллельного двоичного кода, линейно связанного с мощностью принимаемого сигнала и независящего от коэффициента усиления приемника. 1 э. и. ф-лы, 3 ил.

1704 107

11зобретение От11оситсР к паГсиР110Й радиолокации, а именно к технике измерения мощности медленно меняющихся шумовых сигналов. и может быть использовано в радиоастрономии, радиометеорологии, медицине.

Цель изобретения — повышение точности измерения шумовой температуры квазистационарных радиотеп ловых полей.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема нулевого радиометра; на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока управления; на фиг. 3 а-в — временные диаграммы, поясняющие работу нулевого радиОМЕТ ра.

Нулевой радиометр содержит (фиг. 1) направленный ответвитель 1, аттенюатор 2, генератор 3 шума, управляемый генератор

-онa. к "дулятор 5, приемник б. импульсный усилитель 7, фильтр 8 верхних частот, синхронный фильтр 9, компаратор.10, блок

11 управления, согласованную нагрузку 12, антенну 13 и термостатированную плату 14, Блок управления (фиг. 2) содержит первый 15 и второй 16 счетчики, генератор 17 тактовых импульсов, цифровой компаратор

18, первый 19 и второй 20 триггеры, дешифратор 21, первый 22, второй 23 и третий 24 согласующие усилители.

Нулевой радиометр работает следующим образом, B отсутствии сигнала с генератора 3 шу; =-1;р;работающем мс;.Уляторе5 на выходе с, -.хоонного фильтра 9 будет выделяться сигнал 0сф с частотой модуляции в единицал температ; рь1. амплитуда которо о пропсрциональна разности Тс — Тд, В этом с 1; — е =менная диаграмма работы радиО1.-; ра на выходе синхронного фильтра 9

t,p T иметь вид, представленный на фиг, 3-:. н, которой можно выд -;лить равные по длительности полупериоды подключения на хо приемника б сигналов От антенны 13 tA

1" согласованной нагрузки 12 т, (класси еск" "сл, :"ционный радиометр с меандро о: мод;.rяцие11,.

Есл1 ь т„-а т =-1.-.енны 13 е момент его . I11 утаиии на вход приемника 6 через наи"„= -=н-ый Отвт=.;тель, вводи1ь в течение .-"О; - i вре е и tr< сигнал от генератора

1 .. .1"УМд Тгш таКОЙ, ЧТО Т-ш ТД > Tp, О В

З- к =.. r = .i . НаЯ Д =-сРа.1Ма ИМПУЛЬСныл сигналов нс е!-. лоде синхронногс фил ьтра

".. будет иметь вид, представленный на фиг. Зб (пси произвольной длительности trU1). Д "я !.;:Нгсденно:. с руктуры входного тракта рад .О1 с гра необходимо выполнение условия

Т, T î всем диапазоне изменения Тд.

Н:-: а,-сменной диаграм;ле (фиг. Зб) можНо выделить Tpll участка Одинаковых уров5

4с, 50

55 ней сигнала. 1-2 — на вход приемника 6 поступает сигнал от антенны 13Тд, 2 — 3 — на вход приемника 6 поступает сумма сигналов от антенны 13 Тд и генератора 3 шума Т,ш;

3-4 — на вход приемника 6 поступает сигнал от эталонного источника Т, (согласованной нагрузки 12 при внутренней температуре п рибора).

Так как постоянная составляющая в сигнале исключена, то для одного периода сумма площадей St è 5з(фиг. Зб), которые лежат в отрицательной области напряжений (ниже нулевой линии), должна быть равна площади S2, которая лежит выше нулевой линии (в положительной области напряжений), т, е. для приведенной диаграммы St + $з = Яг, Путем изменения длительности t10 широтно-импульсного сигнала от генератора 3 шума, вводимого в антенный тракт при сд =

tp = tM, МОЖНО добИТЬСЯ Такого СОСТОЯНИЯ, когда площадь Яз будет равна нулю. В этом случае временная диаграмма имеет вид, приведенный на фиг, Зв, для которой S> =

«S2 Или (То TA)(tM Тшис) = (Тгш + ТА То)тшис откУда после пРеобРазований (Т, - Тд)тмl

=(ТО - ТА)тшис + Тгш Тшис - (To - Тд) тшис.

Tp — Тд тшис, х тм (1)

Тгш

Таким образом, длительность tU1«ееедения неизменного по.мощности сигнала от генератора 3 шума в приемный тракт связана с сигналом от антенны 13 выражением (1), в котором То и Т,ш выполняют роль двух опорных источников шумового сигнала.

Для измерения сигналов от антенны 13

1 Д В ДИаПаЗОНЕ ТД мин - Tp, ГДЕ ТДмин МИНИ мальное значение измеряемой радиометром антенной температуры, температуру

У подшумливания Тгш необходимо выбирать из условия

Тгш = Tp - Тдмин, (2)

Установку Тгш можно осуществить плавной настройкой аттенюатора 2, изменяя поглощение шумового сигнала от генератопа

3 шума до направленного отв твителя 1.

Регулируя время поступления мощности шумового сигнала от генератора 3 шума

t антенный тракт так, чтобы на выходе синхронного фильтра 9 (входа устройства сравнения с нулем) во время подключени на вход приемника 6 согласованной нагрузки

12 амплитуда напряжения была равна нулю получаем линейную связь длительности (шис поступления шума от генератора 3 в тракт антенны 13 с сигналом от антенны Тд. При этом легко получить цифровой эквивалент измеряемого антенногО сигнала путем и реобраэования длительности тшис в цифровой код, например, путем подсчета числа им1704107 пульсов стабильной частоты в интервале времени t ><.

Модуляция мощности сигнала с выхода генератора 3 шума осуществляется модуляцией питающего тока посредством управляемого генератора 4 тока, установленного вместе с другими чувствительными к температуре элементами радиометра на термостатированной плате 14.

В нулевом радиометре получение цифрового выходного кода и формирование сигналов управления для модулятора 5, управляемого генератора 4 тока и синхронного фильтра 9 выполняет блок 11 управления, структурная схема которого приведена на фиг. 2.

В начале каждого периода двоичный счетчик 16 находится в нулевом состоянии, в первом счетчике 15 хранится цифровой код измеряемого антенного сигнала (после подачи питания на радиометр в первый счетчик 15 по параллельным входам D заносится цифровой код с единицей в старшем разряде 10.0000.0000), первый триггер 19 установлен в единицу, второй триггер 20 сброшен в нуль. Таким образом, на выходе

qp дешифрат 1ра 21, соответствующем коду (О. О), устанаь. ивается высокий уровень (лог.

"1"), который через усилитель 22 мощности произьоди1 коммутацию первого ключа в синхронном фильтре 9. На управляющий вход модулятора 5 через усилитель 24 мощности поступает сигнал от первого триггера модуляции. и так как он в единице, то на вход приемника 6 коммутируется антенна

13 (фиг. Зв участок 1 — 2).

Двоичный счетчик 16 нгинает прямой счет от нуля импульсами, поступающими с генератора 17 импульсов. Нгч чается первый г»олупериод. В мсмент равенстьа состоЯний счетчика 16 и счетчика 15 Цифровой компгргтор 18 ьыргбгтыьг=. =игнгл, устанаелиьгя три-rep 20 п входу S в единицу, и тем самым через усилитель 23 мощности ьклюгется управляемый генератор 4 тока, питающий ечьогтор 3 шума. При этом нг выходе q.- pe $pa opa 21, соответствующем коду (1, О), формируется единица, и в синхроннсл1 фильтре происходит коммутация второ;-о кл э,г, перьый ключ от <лючается). Нгчлчгя с этого момента на выход модуляторг s åñòå с шумовым сигналом от антенны через напраьленный отьетьитель поступает шумовой сигнал от генератора шума (фиг. Зв, участок 2-3), ВМомент переполнения счетчика 16 последний сбрасыьгется в нуль, переключая перьый триггер 19 из состояния "1" в состояние "О". После переключения триггера 19 происходит коммутация на вход приемника

6 сигнала от согласованной нагрузки 12.

Второй триггер 20 сбргсывгетс ь ну.;ь по входу R сигналом с иньеосного выхсда первого триггера 19, включая управляемый генератор тока и, тем самым, поступление в тракт антенны шумового сигнала от генератора. и остается в нулевом состоянии на протяжении всего второго полупериода.

При этом выход q > дешифратора 21, соответствующий коду (О, 1), переходит в состояние "1", замыкая, тем самым, третий ключ в синхронном фильтре 9 (второй ключ от-. ключается).

Двоичный счетчик 16 после переполнения начинает снова прямой счет от нуля.

Начинается второй полупериод(фиг. Зв, участок 3 — 4). В течение второго полупериода компаратор 10 формирует на выходе потенциальный сигнал (лог, "0" или лог. "1") в зависимости от полярности напряжения на выходе синхронного фильтра 9. Этот сигнал поступает на вход U/D первого счетчика 15. определяющего направление счета. В момент второго переполнения второго счетчика 16 первый триггер 19 устанавливается в единицу и по переднему фронту выполняется счет в первом счетчике 15 по входу С.

Изменяется его состояние на одну градацию (на 1 мл. разряд) в сторону увеличения (уменьшения) в зависимости от выходного сигнала компаратора 10. И работа устройства повторяется, Таким образом, блок 11 управления в целом осущестеляет слежение эа изменением сигнала от антенны, изменяя состояние первого счетчика 15 и, тем самым, время включенного состояния второг0 триггера 20 так, чтобы в полупериоде действия на вход приел1никг сигнала от c,ñ ° -.3cэьгчной нагрузки амплитуда нг lpяiKения на входе устройства сравнения была ргьнг нулгэ. В этом случг ци„""„оьой код геьгГсi.ь °:.о сань- ..i.

-есн -предстаьлечие сигнала г-. антенны Тд

s цифровом виде, Синхронизация е блоке "i управления построенг т;:.и л обргэс: .,о лс;-.еский сигнал с компгратора 10 снимается во втором полупериоде, т. е. мом ч-, ° эммутации на вход приемникг 6 ссглгсоггнной нагрузки 12. Блок упргаления выполняет роль цифрового фильтра низкик "гс от еьиду конечной скорости отработки входного сигнала. Время установления выходной величины и слежение зг ьходныл» си:-налом будет зависеть от тактовой частоты работы устройства управления. Так, для выходного десятиргэрядного цифроього кэдг при частоте модуляции 1 кГц и при иэл енснии, д от минимального до максимального значения

1704 107

25

35

40 время установления выходного сигнала составляет 1 мс х 1024 - 1,024 с.

На погрешность прибора не влияет постоянная составляющая выходного сигнала приемника 6, так как в сравнении на компараторе 10 участвует только переменная составляющая сигнала, постоянная составляющая исключается фильтром 8 верхних частот. В этом случае погрешность сдвига нуля будет зависеть только от стабильности компаратора, его температурного дрейфа. Кроме того, результаты измерения представляются в цифровой форме и их можно подвергнуть дальнейшей обработке: динамическому ин тегрированию, накоплению результатов и усреднению, расчету среднеквадратичного значения независимых отсчетов, вычислению дисперсии и т. д.

Формула изобретения

1. Нулевой радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, направленный ответвитель, модулятор и приемник, а также согласованную нагрузку, аттенюатор, генератор шума, термостатированную плату, при этом согласованная нагрузка подключена к второму входу модулятора, а аттенюатор соединен с вторым входом направленного ответвителя, причем генератор шума аттенюатор, направленный ответвитель, модулятор и согласованная нагрузка находятся в тепловом контакте с термоста;ированной платой, о т л и ч а юшийся тем, по. с целью повышения точности измерения глумовой температуры квазист= ционар.;ы:;, рзднотепловых полей, введены псследо г.ггthG cG äèíåíHûå импульсный усил толь, фильтр верхних частот, cNHxpoHi-: фи,bTQ, компапэтор. блок управления и упоавляемый генератор тока. пои этом эхом vM у-bcHG 3 усилителя соединен с выходом,"оиемника управляемы генератор тока также находится в тепловом контакте с термостатированной платой и подключен выходом к входу генератора шума, вь1ход которого соединен с входом аттенюатора. второй выход блока управления подключен к второму входу синхронного фильтра, второй вход компаратора подключен к общему проводу, третий выход блока управления соединен с третьим входом модулятора, а четвертый выход является выходом нулевого радиометра, 2. Радиометр по и. 1. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит первый и второй счетчики, генератор тактовых импульсов, цифровой компаратор, первый и второй триггеры, дешифратор, а также первый, второй и третий согласующие усилители. выходы которых являются соответственно вторым, первым и третьим выходами блока управления, при этом зыход генератора тактовых импульсов соединен с входом второго счетчика, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому входу цифрового компаратора и входу первого триггера, выход первого счетчика подключен к второму входу цифрового компаратора и является четвертым выходом блока управления, прямой выход первого триггера подключен к входу третьего согласующего усилителя и к входу синхронизации первого счетчика, а инверсный выход подключен к

R-входу второго триггера и к первому входу дешифратора, 5-вход второго триггера соединен с выходом цифрового компаратора, а выход подключен к соединенным вместе входу второго согласующего усилителя и второму входу дешифратора. соединенного выходом с входом первого согласующего усилителя, причем вход направления счета первого счетчика является входом блока управления.

Составитель С Кочеров

Редактор С.Пекарь Техред M.1Ëoðãåíòàë Корректор Л.Патай

Заказ 61 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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