Модуляційний радіометр

Изобретение относится к радиотехническим измерениям, в частности, к устройствам для измерения радиояркостной температуры различных объектов. Изобретение может быть использовано при исследовании атмосферы, земной и водной поверхностей, а также в радиоастрономии, медицине. Известны модуляционные радиометры, в которых для измерения слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов приемника применяется периодическое подключение сигнала приемной антенны или источника опорного шума ко входу приемника. Так, известен модуляционный радиометр [Есепкина H.A., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973. - С. 257-259], который содержит: антенну, переключатель, источник опорного шума, приемник и подключенное к выходу приемника устройство обработки его выходного сигнала, состоящее из последовательно соединенных квадратичного детектора и синхронного детектора. В описанном радиометре выходной сигнал приемника в виде шума поступает на квадратичный детектор, затем после детектирования поступает на синхронный детектор, который выделяет полезный сигнал из шумов приемника. В таком радиометре выходной сигнал получают в аналоговой форме, который невозможно без преобразования в цифровую форму передать для дальнейшей обработки на цифровую ЭВМ, Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является радиометр [Акц, заявка Японии № 61-34626, кл. G 01 R 29/08, опублик. 08,08.1986]. Этот радиометр содержит приемную антенну, соединенную с первым входом переключателя, источник опорного шума, соединенный со вторым входом переключателя, выход которого подключен ко входу приемника, усиливающего входной сигнал и подключенное к выходу приемника устройство обработки его выходного сигнала, состоящее из последовательно соединенных квадратичного детектора, синхронного детектора и аналого-цифрового преобразователя. В этом радиометре при обработке выходного сигнала приемника не используются свойства его выходного сигнала, имеющего вид шума, и он содержит сложные прецизионные устройства: квадратичный детектор, синхронный детектор и аналого-цифровой преобразователь. В основу изобретения поставлена задача, создать такой радиометр, в котором за счет нового выполнения устройства обработки выходного сигнала приемника обеспечивается использование физических свойств выходного сигнала приемника в виде шума для его обработки только методами цифровой техники, что позволит существенно упростить конструкцию радиометра в целом. Для достижения этого технического результата в известном модуляционном радиометре, содержащем антенну, соединенную с первым входом переключателя, источник опорного шума, соединенный со вторым входом переключателя, генератор частоты модуляции, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, выход которого подключен ко входу приемника, и устройство обработки выходного сигнала приемника, согласно изобретению, устройство обработки выходного сигнала приемника выполнено в виде последовательно соединенных компаратора и реверсивного счетчика, причем первый вход компаратора подключен к выходу приемника, а второй вход соединен с источником постоянного напряжения, управляющий вход реверсивного счетчика подключен к "управляющему входу переключателя, Признаками, отличающими заявляемый модуляционный радиометр от прототипа, является новая схема устройства обработки выходного сигнала приемника, представляющая собой последовательно соединенные компаратор и реверсивный счетчик, определенным образом связанные с известными признаками прототипа. Эти признаки позволяют получить заявленный технический результат, а именно -использовать физические свойства выходного сигнала приемника для обработки выходного сигнала последнего методами цифровой техники, что поясняется следующим образом. Из [S.O.Riet., Btll System Tech. J.27,109 (1948)] известно, что частота n пересечений сигналом в виде гауссова шума некоторого, не равного нулю и определяемого величиной напряжения на выходе приемника порогового значения V, связана с частотой N пересечений тем же сигналом нулевого уровня и с дисперсией U (или среднеквадратичным значением) шумового сигнала выражением: То есть, в "n" содержится информация о величине измеряемого шума. Для определения величины n выход приемника подключен к первому входу компаратора, а на второй вход подают не равное нулю напряжение V. На выходе компаратора формируется сигнал, представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов, нормированных по амплитуде и пригодных для непосредственной подачи на элементы цифровой техники, в данном конкретном случае на реверсивный счетчик. Количество импульсов, поступивших с компаратора за единицу времени однозначно определено величинами шума U и опорного напряжения V. В реверсивном счетчике определяется количество импульсов, соответствующих величине полезного сигнала, в процессе алгебраического суммирования при прямом и обратном счете (при подключенной по входу приемника антенне и опорной нагрузке соответственно), при котором происходит компенсация количества импульсов, соответствующих величине собственных шумов приемника. При этом, на его выходах записан сигнал в цифровой форме (после завершения цикла измерения), непосредственно пригодный для подачи на цифровую ЭВМ. Из вышесказанного следует, что компаратор выполняет функции, аналогичные функциям квадратичного детектора, а реверсивный счетчик выполняет функции синхронного детектора и аналого-цифрового преобразователя. Из этого следует, что поставленная задача - обработка сигнала методами цифровой техники решена, причем получено существенное упрощение конструкции радиометра. На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого радиометра; на фиг.2 - эпюры напряжений на входах и выходе компаратора. Модуляционный радиометр содержит антенну 1, соединенную с первым входом переключателя 2, источник 3 опорного шума, выполненный, например, в виде согласованной нагрузки и соединенный со вторым входом переключателя 2, подключенный к выходу переключателя приемник 4. С выходом приемника соединено устройство 5 обработки выходного сигнала приемника. Приемник 4 в зависимости от диапазона принимаемых частот может быть выполнен либо в виде усилителя высоких частот, либо в виде преобразователя и усилителя промежуточной частоты и т.п. Устройство 5 обработки выходного сигнала приемника состоит из последовательно соединенных компаратора 6 и реверсивного счетчика 7, причем первый вход компаратора подключен к выходу приемника 4, а второй соединен с источником постоянного напряжения V, выход компаратора соединен со входом реверсивного счетчика 7, а управляющий выход реверсивного счетчика соединен с управляющим выходом переключателя 3 и подключен к выходу генератора 8 частоты модуляции, представляющего собой генератор прямоугольных импульсов. Модуляционный радиометр работает следующим образом. Сигнал от измеряемого объекта поступает на антенну 1 и затем через переключатель 2 поступает на вход приемника 4. Выходной сигнал приемника, представляющий собой шум, подается на устройство 5 обработки выходного сигнала приемника. На первый вход компаратора 6 поступает сигнал приемника, а на второй - не раешное нулю постоянное напряжение V. На выходе компаратора формируется сигнал, представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов с частотой n1 (фиг.2). С выхода компаратора сигнал с частотой гц поступает на предварительно обнуленный реверсивный счетчик 7. Реверсивный счетчик подсчитывает количество поступивших импульсов Через время t ко входу приемника переключателем 3 подключается согласованная нагрузка 2, а реверсивный счетчик синхронно с переключателем переводится на счет в обратном направлении. С выхода компаратора сигнал с частотой n2 (n2 - частота сигнала с компаратора при подключенной согласованной нагрузки ко входу приемника) поступает на реверсивный счетчик. В счетчике происходит вычитание из ранее записанного числа поступивших импульсов количества импульсов, полученных при подключенной согласованной нагрузке. Через время, равное 2t, цикл измерения закончен. После завершения цикла измерения на выходах счетчика записано число, равное 2t(n1-n2), где tвремя подключения антенны или согласованной нагрузки ко входу приемника. Таким образом, в реверсивном счетчике произошло выделение полезного сигнала из шумов приемника, а на выходах реверсивного счетчика записан в цифровой форме сигнал, пропорциональный разности температур между температурой сигнала, поступающего с антенны от измеряемого объекта и температурой согласованной нагрузки.