Адитивно-шумовий радіометр

Реферат: Адитивно-шумовий радіометр належить до вимірювальної техніки і призначений для вимірювання власного радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної природи в системах пасивної радіолокації, дистанційного зондування Землі, радіоастрономії, радіофізики та медицини. Адитивно-шумовий радіометр містить приймальну антену, спрямований відгалужувач, генератор еталонного сигналу, генератор низької частоти, гетеродинний приймач, декорелюючий фільтр, квадратичний детектор, синхронний детектор, два фільтри нижніх частот, помножувач, розв'язувач, регістратор. Технічним результатом є підвищення точності та флуктуаційної чутливості. UA 110558 C2 (12) UA 110558 C2 UA 110558 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вимірювальної техніки і призначений для вимірювання власного радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної природи в системах пасивної радіолокації, дистанційного зондування Землі, радіоастрономії, радіофізиці та медицині. Відома схема адитивно-шумового радіометра (Радиотеплолокация в метеорологии [монография] / В.Д. Степаненко, Г.Г. Щукин, Л.П. Бобылев, С.Ю. Матросов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - С. 123), що містить антену, послідовно з'єднану з високочастотною частиною приймача, підсилювачем проміжної частоти, квадратичним детектором та демодулятором, генератор еталонного шуму послідовно підключений до модулятора та входу високочастотної частини, синхронізатор підключений до модулятора та демодулятора, вимірювач відношення, перший та другий вхід якого підключений до демодулятора, а вихід послідовно з'єднаний з інтегратором та регістратором. Недоліком відомого пристрою є чутливість до флуктуацій частотної характеристики вхідного тракту, низька точність та флуктуаційна чутливість. Найбільш близька по технічній суті і результату, що досягається, є схема модуляційного радіометра (Патент на корисну модель № 79542 Україна, МПК(2006.01) G01R 29/08. Модуляційний радіометр / В.К. Волосюк, В.В. Павліков, С.С. Жила; заявник і власник патенту Нац. аерокосм. ун-т ім. М.Є. Жуковського "Харк. авіац. ін-т". - № u201212303; заявл. 29.10.2012; опубл. 25.04.2013, Бюл. № 8.), що містить приймальну антену, до якої через Т-подібне розгалуження підключений ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом гетеродинного приймача. До виходу гетеродинного приймача послідовно підключені декорелюючий фільтр, синхронний детектор та фільтр нижніх частот. Також до виходу декорелюючого фільтра послідовно підключені другий синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот. Виходи фільтра нижніх частот та другого фільтра нижніх частот підключені відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача, вихід помножувача послідовно з'єднаний з підсилювачем та регістратором, генератор низької частоти з'єднаний з керуючими входами ключа-модулятора, синхронного детектора та другого синхронного детектора, генератор еталонного сигналу підключений до ключа-модулятора. Недоліком відомої системи є низька точність та флуктуаційна чутливість. В основу винаходу поставлено задачу створення адитивно-шумового радіометра, у якому за рахунок введення нового складу елементів, та нової організації взаємозв'язків між ними, забезпечується підвищення точності та флуктуаційної чутливості. Поставлена задача вирішується тим, що в адитивно-шумовий радіометр, що містить приймальну антену, гетеродинний приймач, до виходу якого підключений декорелюючий фільтр, синхронний детектор, вихід якого з'єднаний з фільтром нижніх частот, другий фільтр нижніх частот, помножувач, виходи фільтра нижніх частот та другого фільтра нижніх частот підключені відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача, регістратор, генератор низької частоти з'єднаний з другим входом синхронного детектора, генератор еталонного сигналу, згідно з винаходом введено спрямований відгалужувач, перший вхід якого підключений до виходу приймальної антени, другий до виходу генератора еталонного сигналу, а керуючий вхід з'єднаний з виходом генератора низької частоти, при цьому його вихід з'єднаний з гетеродинним приймачем, квадратичний детектор вхід якого підключений до виходу декорелюючого фільтра, а вихід до першого входу синхронного детектора та другого фільтра нижніх частот, розв'язувач, вхід якого підключений до виходу помножувача, а вихід з'єднаний з регістратором. Заявлена система має новий склад елементів, та нову організацію взаємозв'язків між ними, тобто містить нову сукупність ознак, які забезпечують нові технічні властивості системи. Технічний результат, як наслідок цих властивостей - підвищена точність та флуктуаційна чутливість, за рахунок використання нового складу елементів та нової організації взаємозв'язків між ними, які отримані при вирішенні оптимізаційної задачі синтезу адитивно-шумового радіометра. На кресленні представлена функціональна схема адитивно-шумового радіометра. Адитивно-шумовий радіометр містить приймальну антену 1, вихід якої підключений до першого входу спрямованого відгалужувача 2, другий вхід спрямованого відгалужувача 2 з'єднаний з виходом генератора еталонного сигналу 3, а керуючий вхід з'єднаний з виходом генератора низької частоти 4, при цьому його вихід послідовно з'єднаний з гетеродинним приймачем 5, декорелюючим фільтром 6, квадратичним детектором 7, вихід якого з'єднаний з першим входом синхронного детектора 8 та другим фільтром нижніх частот 9, при цьому вихід синхронного детектора 8 з'єднаний з фільтром нижніх частот 10, виходи фільтра нижніх частот 1 UA 110558 C2 5 10 10 та другого фільтра нижніх частот 9 підключені відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача 11, вихід помножувача 11 послідовно з'єднаний з розв'язувачем 12 та регістратором 13, вихід генератора низької частоти 4 також з'єднаний з другим входом синхронного детектора 8 Працює система у такий спосіб. Спочатку на вхід приймальної антени 1 потрапляє власне радіотеплове випромінювання об'єкта дослідження, на виході приймальної антени 1 реєструємо корисний високочастотний сигнал st,  з параметром  , який необхідно оцінити. Сигнал з виходу приймальної антени 1 через спрямований відгалужувач 2 надходить до гетеродинного приймача 5. Періодично з частотою модуляції модулюючого сигналу m( t ) , який сформований у генераторі низької частоти 4, до корисного сигналу st,  через спрямований відгалужувач додається сигнал еталонного генератора s ref ( t ) . Генератор низької частоти формує коливання m( t ) у вигляді меандру , 1 nTm  t  n  1 / 2Tm , , (1) m( t )   0, n  1 / 2Tm  t  n  1Tm  де n  0, N  1 - номер періоду модулюючої функції, Tm - період модулюючої функції, t - час. 15 Високочастотні сигнали st,  та s ref ( t ) проходячи гетеродинний приймач 5 з частотною  характеристикою Kj2f  перетворюються на сигнали проміжної частоти, при цьому змішуються з власними шумами приймача n(t) та обмежуються по частоті його частотною характеристикою. Сигнали з виходу гетеродинного приймача 5 декорелюються у декорелюючому фільтрі 6, ампллітудна-частотна характеристика якого має вигляд 20   ˆ K W j2f , t 1,   2  2  K j2f    2   2     0,5k B Ts  m ( t 1 )Tref  Tn K j2f   0,5k B Tr    ,  де Ts - яскравістна температура корисного сигналу st,  , Tref - яскравістна температура 25 30 35  сигналу еталонного генератора s ref ( t ) , Tn - яскравістна температура внутрішніх шумів n(t) , Tr яскравістна температура регуляризуючої добавки, k B - постійна Больцмана. Ступінь декореляції залежить від вибору яскравістної температури регуляризуючої добавки  Tref . Сигнал з виходу декторелюючого фільтра 6 послідовно детектується у квадратичному детекторі 7 та синхронному детекторі 8, при цьому на інший вхід синхронного детектора 8 подається сигнал генератора низької частоти 4. Вихід синхронного детектора 8 усереднюється у фільтрі нижніх частот 10, а вихід квадратичного детектора 7 у паралельному каналі у фільтрі нижніх частот 9. На виході фільтра нижніх частот 9 маємо інтенсивність пропорційну яскравістним температурам корисного сигналу, сигналу еталонного генератора та внутрішнього    шуму приймача Ts  Tref  Tn , а на виході фільтра нижніх частот 10 інтенсивність, пропорційну   лише яскравістним температурам корисного сигналу та внутрішнього шуму приймача Ts  Tn . Інтенсивність з виходу фільтра нижніх частот 10 та інвертована інтенсивність з другого фільтра нижніх частот 9 помножуються у помножувачі 11. Результат множення Y оброблюється у розв'язувачі 12 згідно з алгоритмом      ˆ  T  Y Tref  Tn . Ts  n Y 1 40 На виході розв'язувача 12 у регістраторі 13 відображається оцінка яскравістної температури ˆ корисного сигналу Ts . Таким чином, заявлена система має підвищену точність та флуктуаційну чутливість, за рахунок використання нового складу елементів та нової організації взаємозв’язків між ними, які отримані при вирішенні оптимізаційної задачі синтезу адитивно-шумового радіометра. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Адитивно-шумовий радіометр, що містить приймальну антену, гетеродинний приймач, до виходу якого підключений декорелюючий фільтр, синхронний детектор, вихід якого з'єднаний з фільтром нижніх частот, другий фільтр нижніх частот, помножувач, виходи фільтра нижніх частот та другого фільтра нижніх частот підключені відповідно до прямого та інвертованого 2 UA 110558 C2 5 входів помножувача, регістратор, генератор низької частоти з'єднаний з другим входом синхронного детектора, генератор еталонного сигналу, який відрізняється тим, що додатково містить спрямований відгалужувач, перший вхід якого підключений до виходу приймальної антени, другий вхід до виходу генератора еталонного сигналу, а керуючий вхід з'єднаний з виходом генератора низької частоти, а вихід відгалужувача з'єднаний з гетеродинним приймачем, квадратичний детектор, вхід якого підключений до виходу декорелюючого фільтра, а вихід до першого входу синхронного детектора та другого фільтра нижніх частот, та розв'язувач, вхід якого підключений до виходу помножувача, а вихід з'єднаний з регістратором. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3