Радіометрична система оцінювання параметрів шумового випромінювання

Реферат: Радіометрична система оцінювання параметрів шумового випромінювання належить до вимірювальної техніки і призначена для оцінки яскравісних температур та кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної природи в системах пасивної радіолокації, дистанційного зондування Землі, радіоастрономії, радіофізики та медицини. Радіометрична система оцінювання параметрів шумового випромінювання містить дві антени, три підсилювачі, чотири фазообертачі, два змішувачі, опорний гетеродин, чотири декорелюючі фільтри, два суматори, квадратичний детектор, два інтегратори, два індикатори, запам'ятовуючий пристрій, помножувач, диференціюючий пристрій. Технічним результатом є підвищена точність виміру яскравісних температур, кутових координат об'єктів та збільшена флуктуаційна чутливість. UA 109237 C2 (12) UA 109237 C2 UA 109237 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вимірювальної техніки і призначений для оцінки потужності та кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної природи в системах пасивної радіолокації, дистанційного зондування Землі, радіоастрономії, радіофізики та медицини. Відома схема двоантенного кореляційного радіометра (Цейтлин Η.Μ. Антенная техника и радиоастрономия [Текст] / Н.М. Цейтлин. - М.: Сов. радио, 1976. - С. 95-99), що містить дві антени, виходи яких підключені до лінійних трактів, які можуть бути виконані по будь-якій із класичних схем приймальних пристроїв прямого підсилення чи супергетеродинного типу. Виходи лінійних трактів під'єднані до суматора, вихід суматора послідовно з'єднаний з квадратичним детектором, інтегратором та індикатором. Недоліком відомого пристрою є низька точність виміру потужності радіотеплового випромінювання, низька флуктуаційна чутливість та неможливість виміру кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів дослідження. Найбільш близька по технічній суті і результату, що досягається, є схема двоантенного кореляційного радіометра (Патент Сполучених Штатів № US 7,460,063 В2, МПК G 01 S 3/02/ № 2006.01; Заявл. 15.06.2007; Опубл. 2.12.2008, Бюл. № 11/812,103), що містить дві антени, виходи яких послідовно підключені до двох підсилювачів, двох фазообертачів та двох змішувачів першого та другого каналів, опорний гетеродин, вихід якого з'єднаний з входами третього та четвертого фазообертачів, виходи третього та четвертого фазообертачів під'єднані до змішувачів першого та другого каналів, виходи змішувачів першого та другого каналів підключені до помножувача, вихід помножувача послідовно з'єднаний з інтегратором та індикатором. Недоліком відомої системи є низька точність виміру потужності радіотеплового випромінювання, низька флуктуаційна чутливість та неможливість виміру кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів дослідження. В основу винаходу поставлено задачу створення радіометричної системи оцінювання параметрів шумового випромінювання, у якій, за рахунок введення нового складу елементів, та нової організації взаємозв'язків між ними, забезпечується підвищення точності виміру потужності радіотеплового випромінювання, збільшення флуктуаційної чутливості та можливість виміру кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів дослідження. Поставлена задача вирішується тим, що в радіометричну систему оцінювання параметрів шумового випромінювання, що містить дві антени, виходи яких послідовно підключені до двох підсилювачів, двох фазообертачів та двох змішувачів першого та другого каналів, опорний гетеродин, вихід якого з'єднаний з входами третього та четвертого фазообертачів, виходи третього та четвертого фазообертачів під'єднані до змішувачів першого та другого каналів, інтегратор та індикатор, згідно з винаходом, введено перший та другий декорелюючі фільтри, входи яких з'єднані з виходами змішувачів першого та другого каналів, виходи першого та другого декорелюючих фільтрів під'єднанні до суматора, вихід якого послідовно з'єднаний з квадратичним детектором, інтегратором, третім підсилювачем та входом другого суматора, при цьому інший вхід суматора з'єднаний з виходом запам'ятовуючого пристрою, вихід другого суматора з'єднаний з індикатором, третій та четвертий декорелюючі фільтри, входи яких підключені до виходів змішувачів першого та другого каналів відповідно, а виходи - до помножувача, вихід помножувача послідовно з'єднаний з другим інтегратором, диференціюючим пристроєм та другим індикатором, при цьому вихід диференціюючого пристрою підключений до першого та другого керованих фазообертачів, вихід другого суматора з'єднаний з першим, другим, третім та четвертим декорелюючими фільтрами. 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 виміру потужності радіотеплового випромінювання, збільшена флуктуаційна чутливість та можливість виміру кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів дослідження, за рахунок використання нового складу елементів та нової організації взаємозв'язків між ними, які отримані при вирішенні оптимізаційної задачі синтезу радіометричної системи оцінювання параметрів шумового випромінювання. На кресл. представлена функціональна схема радіометричної системи оцінювання параметрів шумового випромінювання. Радіометрична система оцінювання параметрів шумового випромінювання містить дві антени 11 та 12, виходи яких послідовно підключені до двох підсилювачів 21 та 22, двох фазообертачів 31 та 32 і двох змішувачів 41 та 42, опорний гетеродин 5, вихід якого з'єднаний з входами фазообертачів 61 та 62, виходи фазообертачів 61 та 62 під'єднанні до змішувачів 41 та 42, перший 71 та другий 72 декорелюючі фільтри, входи яких з'єднані з виходами змішувачів 1 UA 109237 C2 5 10 першого та другого каналів 41 та 42, виходи декорелюючих фільтрів 71 та 72 під'єднанні до суматора 8, вихід якого послідовно з'єднаний з квадратичним детектором 9, інтегратором 10, третім підсилювачем 11, суматором 12, індикатором 14, при цьому інший вхід другого суматора 12 з'єднаний з виходом запам'ятовуючого пристрою 13, третій 7 3 та четвертий 74 декорелюючі фільтри входи яких підключені до виходів змішувачів 4 1 та 42 відповідно, а виходи до помножувача 15, вихід помножувача 15 послідовно з'єднаний з інтегратором 16, диференціюючим пристроєм 17 та другим індикатором 18, вихід диференціюючого пристрою підключено до першого та другого керованих фазообертачів 3 1 та 32, вихід другого суматора з'єднаний з першим 71, другим 72, третім 73 та четвертими 74 декорелюючими фільтрами. Працює система у такий спосіб: Радіометрична система оцінювання параметрів шумового випромінювання призначена для оцінки потужності та кутових координат радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної  природи. Спочатку на антену 11 потрапляє корисний сигнал s t,  , а на антену 12 той самий   сигнал, але затриманий у часі s t  t З ,  , з параметрами   Ps, t З , які необхідно оцінити.  15 20 25    Фазообертачі 31 та 32 вирівнюють фази сигналів у кожному з каналів радіометра. Для перетворення частоти вхідного високочастотного сигналу використовуються гетеродин 5 та змішувачі першого та другого каналів 41 та 42 відповідно. Для синфазного змішування сигналів після гетеродину використовуються фазообертачі 61 та 62. Всі блоки після антени і до змішувача включно визначають додетекторну частину радіометра. Сигнал в додетекторній частині радіометра обмежується по частоті частотною  характеристикою K j  та змішується з внутрішніми шумами першого та другого каналів. Для оцінки потужності випромінювання об'єктів дослідження сигнали з виходів змішувачів 4 1 та 42 декорелюються у декорелюючих фільтрах 71 та 72. Амплітудно-частотна характеристика декорелюючих фільтрів 71 та 72 має вигляд MTs   2 2  0,5 K j  , 2 2    K j  Nos  0,5Non   0,5Nop    де 0,5Nos - спектральна щільність потужності сигналу, 0,5Non - спектральна щільність потужності внутрішнього шуму, 0,5Nop - спектральна щільність потужності регуляризуючої добавки. Ступінь декореляції залежить від вибору спектральної щільності потужності регуляризуючої добавки 0,5Nop . 30 35 40 Декорельовані сигнали додаються у суматорі 8, детектуються квадратичним детектором 9, усереднюються інтегратором 10 та підсилюються у підсилювачі 11 з коефіцієнтом підсилення -1 0,5T , де Τ - постійна часу інтегрування інтегратора 10. У запам'ятовуючий пристрій 13 записується потужність внутрішнього шуму Ρn, яка визначається під час калібрування апаратури. На один вхід суматора 12 подається сигнал виходу інтегратора 10, на інший вихідний сигнал запам'ятовуючого пристрою 13 з від'ємним знаком. Результат оцінки потужності випромінювання об'єкта дослідження відображається на індикаторі 14. Для оцінки часу затримки сигналу в одному каналі відносно іншого, який однозначно зв'язаний з кутовими координатами об'єкта, сигнали з виходів змішувачів 4 1 та 42 декорелюються у декорелюючих фільтрах 73 та 74 з частотною характеристикою Mtз   2  45   2  0,5Nos K j    4 2 2 2   K j  0,5NosNon  0,25Non  K j  0,5NosNop  0,5NonNop  0,25Nop . Ступінь декореляції залежить від вибору спектральної щільності потужності регуляризуючої добавки 0,5Nop . Декорельовані сигнали помножуються у помножувачі 15 та усереднюються інтегратором 16. Для знаходження максимуму сформованої функції когерентності, сигнал з виходу інтегратора подається на диференціюючий пристрій 17. При цьому вихідне значення диференціюючого пристрою подається на керовані фазообертачі для зміщення нуля пеленгаційної 2 UA 109237 C2 5 10 характеристики. Результат оцінки кутових координат об'єкта дослідження відображається на індикаторі 18. Значення потужності випромінювання об'єкта дослідження використовуються для корекції частотних характеристик першого 71, другого 72, третього 73 та четвертого 74 декорелюючого фільтрів. Таким чином, заявлена система має підвищену точність виміру потужності та кутових координат випромінювання об'єктів дослідження та збільшену флуктуаційну чутливість, за рахунок використання нового складу елементів та нової організації взаємозв'язків між ними, які отримані при вирішення оптимізаційної задачі синтезу радіометричної системи оцінювання параметрів шумового випромінювання. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 Радіометрична система оцінювання параметрів шумового випромінювання, що містить дві антени, виходи яких послідовно підключені до двох підсилювачів, першого та другого фазообертачів та двох змішувачів першого та другого каналів, опорний гетеродин, вихід якого з'єднаний з входами третього та четвертого фазообертачів, а виходи яких з'єднані зі змішувачами першого та другого каналів, помножувач, інтегратор та індикатор, яка відрізняється тим, що додатково містить чотири декорелюючих фільтри, два суматори, квадратичний детектор, третій підсилювач, запам'ятовуючий пристрій, другий інтегратор, диференцюючий пристрій та другий індикатор, при цьому входи першого та другого декорелюючих фільтрів з'єднані з виходами змішувачів першого та другого каналів, а виходи під'єднанні до першого суматора, вихід якого послідовно з'єднаний з квадратичним детектором, першим інтегратором, третім підсилювачем та входом другого суматора, при цьому інший вхід другого суматора з'єднаний з виходом запам'ятовуючого пристрою, вихід другого суматора з'єднаний з першим індикатором, при цьому входи третього та четвертого декорелюючих фільтрів підключені до виходів змішувачів першого та другого каналів відповідно, а їх виходи до помножувача, при цьому вихід помножувача послідовно з'єднаний з другим інтегратором, диференціюючим пристроєм та другим індикатором, при цьому вихід диференціюючого пристрою підключений до першого та другого фазообертачів, а вихід другого суматора з'єднаний з першим, другим, третім та четвертим декорелюючими фільтрами. 3 UA 109237 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 4