Модуляционный радиометр двухканальной радиометрической системы с программно-аппаратным модулем

 

Полезная модель относится к технике радиоизмерений и обеспечивает повышение точности измерений радиояркостных температур радиотеплового излучения в двухканальной радиометрической системе с компенсацией влияния внешних и внутренних шумовых помех за счет реализации в цифровой форме относительно-разностной процедуры приема, предусмотренной двухканальной системой. Модуляционный радиометр двухканальной радиометрической системы имеет два антенных входа, с которых поочередно поступает радиошумовой сигнал основного измерительного антенного канала и дополнительного антенного канала формирования сигнала компенсации. Для исключения влияния аддитивных и мультипликативных помеховых воздействий на результаты измерений формируются два разностных сигнала и находится их отношение. Для упрощения условий реализации относительно-разностной процедуры приема в радиометре применен программно-аппаратный модуль на основе микроконтроллера, в котором реализуется оцифровка входных сигналов, дискретная форма процедуры накопления и арифметический алгоритм нахождения разностных сигналов в задачах компенсации помех, а встроенный интерфейс предполагает сопряжение радиометра по выходу с персональным компьютером, на котором выполняется нахождение отношения двух разностных сигналов в реальном масштабе времени, визуализация и архивация результатов измерения.

Полезная модель относится к технике радиоизмерений и обеспечивает повышение точности измерений радиояркостных температур радиотеплового излучения, улучшение условий обеспечения требуемых фазовых соотношений при работе модуляционного радиометра в радиометрической системе с двухканальной антенной и возможность программного выполнения относительно-разностных процедур обработки входных сигналов системы в реальном масштабе времени.

Модуляционный принцип приема в радиометрических системах позволяет скомпенсировать немодулированную часть входного сигнала - собственные шумы приемника путем выполнения синхронного детектирования промодулированного сигнала с выхода антенны [1]. Результат синхронного детектирования сильно зависит от фазовых соотношений управляющих сигналов, поступающих с генератора опорного напряжения на модуляторы и параллельно на синхронные детекторы.

При осуществлении одноканального приема влияние несинфазности указанных напряжений достаточно просто корректируется путем осуществления предварительной настройки системы и проведения периодической калибровки системы.

В радиометрической системе с двухканальной антенной [2], в которой на выходе дополнительного антенного канала формируется сигнал компенсации помеховой составляющей основного измерительного сигнала - выходного сигнала основного антенного канала при условии реализации режима прохождения эталонного пилот-сигнала через всю систему, включая антенну, более сложная функция синхронизации режимов передачи и приема двух каналов системы. При подключении дополнительного антенного канала на вход радиометра эталонный пилот-сигнал излучается по основному антенному каналу в направлении зеркала в режиме передачи. Алгоритм компенсации влияния фоновых помех и недетерминированного изменения коэффициента передачи антенны предполагает выполнение двух процедур нахождения разности, соответственно, в аналоговом варианте двух операций синхронного детектирования при возможности их раздельного проведения с использованием управляющих напряжений с некратными частотами и последующим нахождением отношения разностных сигналов.

Наличие двух синхронных детекторов в низкочастотной части радиометра с требованиями жесткой синхронизации управляющих напряжений при условии существенного усложнения схемы и процедуры корректировки выходного сигнала при выполнении калибровки системы с учетом оценки влияния несинфазности управляющих колебаний привело к необходимости решения следующих задач при разработке модуляционного радиометра двухканальной радиометрической системы:

- упрощения практической реализации выполнения относительно-разностной обработки сигналов при условии обеспечения режима реального времени для исключения соответствующих погрешностей измерения;

- обеспечения возможности формирования и оперативной корректировки фазы управляющих колебаний;

- выполнения архивизации и визуализации данных измерений.

В известных вариантах построения модуляционных радиометров с возможностью оцифровки результатов измерений [3] на выходе синхронного детектора включается АЦП, что обеспечивает только сопряжение радиометра с компьютером и расширяет функции архивации и визуализации результатов измерений.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерений уровня радиошумового излучения двухканальной радиометрической системой с дополнительным каналом формирования сигнала компенсации влияния шумовых помех путем исключения необходимости обеспечения требуемых фазовых соотношений при работе модуляционного радиометра с двумя модуляторами и программного выполнения относительно-разностных процедур обработки входных сигналов системы в реальном масштабе времени.

Поставленная цель достигается тем, что на выходе квадратичного детектора устанавливается программно-аппаратный модуль на основе микроконтроллера, осуществляющего функции оцифровки выходного сигнала квадратичного детектора, накопления путем дискретного суммирования за время полу периодов управляющих последовательностей модуляторов M1 и М2 с запоминанием промежуточных данных в интегрированной памяти с последующей реализацией нахождения двух разностных сигналов: первого, эквивалентного разности сигналов при приеме с основного и дополнительного антенного канала, и второго, формируемого при приеме двухуровневого пилот-сигнала дополнительным антенным каналом.

По второму варианту управляющие последовательности прямоугольных импульсов для модуляторов M1 и М2, различающиеся по частоте, вырабатываются в программно-аппаратном модуле.

По третьему варианту программно-аппаратный модуль через интегрированный интерфейс соединен с персональным компьютером, на котором для завершения процедуры относительно-разностного приема в двухканальной радиометрической системе в реальном режиме времени находится отношение двух разностных сигналов, сформированных в программно-аппаратном модуле за один период последовательности импульсов управления работой модулятора M1.

На фиг.1 показана структурная схема модуляционного радиометра двухканальной радиометрической системы с программно-аппаратным модулем (ПАМ); на фиг.2 - временные диаграммы работы радиометра.

Модуляционный радиометр двухканальной радиометрической системы имеет два входа, на один из которых А1 поступает выходной сигнал основного антенного канала, а на другой А2 - выходной сигнал дополнительного антенного канала, содержащий принятый отраженный от зеркала антенны пилот-сигнал, излученный в сторону зеркала через облучатель основного антенного канала, и сигнал, обусловленный приемом антенной фонового шума за счет специальной формы диаграммы направленности дополнительного антенного канала. Вход радиометра А1 через направленный ответвитель (НО) соединен с первым модулятором (M1). К плечу вторичной линии НО через двухплечный второй модулятор (М2) подключен источник высокостабильного шумового сигнала (ГШ), который является источником пилот-сигнала и предназначен для облучения зеркала антенны. Ко второму плечу модулятора M1 подключен выход дополнительного антенного канала А2. Выход модулятора M1 соединен последовательно с усилительно-преобразовательным блоком (УПБ) и квадратичным детектором (КД). Выход квадратичного детектора подключен к программно-аппаратному модулю. Различные по частоте управляющие последовательности прямоугольных импульсов для модулятора M1 и модулятора М2 формируются программно-аппаратным модулем.

Различие частот управляющих последовательностей позволяет выполнить раздельное накопление модулированных модуляторами M1 и М2 шумовых сигналов, прошедших общий приемно-усилительный блок. Выход программно-аппаратного модуля подключен к персональному компьютеру, в котором программно реализуется процедура нахождения отношения двух разностных сигналов и окончательная архивация и визуализация результатов измерений.

Принцип работы модуляционного радиометра двухканальной радиометрической системы с программно-аппаратным модулем поясняется временными диаграммами работы, приведенными на фиг.2.

На отрезке времени (t0-t3) под действием управляющей последовательности прямоугольных импульсов (фиг.2a) модулятор M1 подключает основной антенный канал ко входу усилительно-преобразовательного блока УПБ радиометра, а на отрезке времени (t3-t 4) - дополнительный антенный канал.

Одновременно на отрезке времени (t3-t4) модулятор М2, под действием управляющей последовательности прямоугольных импульсов (фиг.2в), пропускает двухуровневый эталонный пилот-сигнал с выхода генератора шума ГШ в тракт основного антенного канала, откуда он излучается в сторону отражателя антенны и принимается дополнительным антенным каналом.

На выходе модулятора М2 присутствует двухуровневый эталонный пилот-сигнал, поэтому на отрезке времени (t0-t1) мощность эталонного шумового сигнала характеризуется величиной шумовой температуры Tэ1+T фон, а на отрезке времени (t1-t2) - величиной Tэ2+Tфон (рис.2.д).

За отрезок времени (t0-t3) в программно-аппаратном модуле выполняется накопление путем суммирования оцифрованных значений дискретных выборок сигнала основного антенного канала U1, а за отрезок времени (t3-t4) - накопление сигналов дополнительного антенного канала U2, эквивалентного приему пилот-сигнала с уровнем Tэ2, и U3, эквивалентного приему пилот-сигнала с уровнем Tэ1.

Далее в момент t4 в программно-аппаратном модуле реализуется процедура нахождения двух разностных сигналов Up1 и Up2, равных

Up1-U1-(U2-U3)/2,

Up2=U2-U3.

Разностные сигналы через встроенный интерфейс программно-аппаратного модуля подаются на персональный компьютер, где организуется нахождение отношения двух разностных сигналов

Uвых=U p1/Up2,

далее выполняется визуализация результатов измерения с последующей архивацией данных.

ЛИТЕРАТУРА

1. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. - М.: Наука, 1973. - 416 с.

2. Патент на полезную модель 98820 оп. в бюл. 30 от 27.10.2010. Радиометрическая система с компенсацией внешних помех и нестабильности коэффициента передачи системы. Федосеева Е.В., Ростокин И.Н., Ечин П.А.

3. Ворсин Н.Н., Милицкий Ю.А., Шаинский В.М., Эткин B.C. Измерительные СВЧ - радиометры с цифровым выходом. // Приборы и техника эксперимента. - 2. - 1988. - С.103

1. Модуляционный радиометр двухканальной радиометрической системы с программно-аппаратным модулем имеет два антенных входа А1 и А2, с которых периодически в соответствии с управляющей последовательностью импульсов через первый модулятор (M1) на усилительно-преобразовательный блок (УПБ) подаются сигналы основного (А1) и дополнительного (А2) антенных каналов, причем при приеме сигнала дополнительного канала к основному антенному каналу в режиме передачи через направленный ответвитель модулятором М2 подключается двухуровневый генератор шума - источник эталонного пилот-сигнала, далее после прохождения УПБ и квадратичного детектора (КД) реализуется процедура нахождения разности и отношения входных сигналов, обеспечивающая компенсацию внутренних и внешних шумовых помех, отличающийся тем, что на выходе КД устанавливается программно-аппаратный модуль на основе микроконтроллера, осуществляющего функции оцифровки выходного сигнала КД, накопления путем дискретного суммирования за время полупериодов управляющих последовательностей модуляторов M1 и М2 с запоминанием промежуточных данных в интегрированной памяти с последующей реализацией нахождения двух разностных сигналов: первого, эквивалентного разности сигналов при приеме с основного и дополнительного антенных каналов, и второго, формируемого при приеме двухуровневого пилот-сигнала дополнительным антенным каналом.

2. Модуляционный радиометр по п.1 отличающийся тем, что управляющие последовательности прямоугольных импульсов для модуляторов M1 и М2, различающиеся по частоте, вырабатываются в программно-аппаратном модуле.

3. Модуляционный радиометр по п.1 отличающийся тем, что программно-аппаратный модуль через интегрированный интерфейс соединен с персональным компьютером, на котором для завершения процедуры относительно-разностного приема в двухканальной радиометрической системе в реальном режиме времени находится отношение двух разностных сигналов, сформированных в программно-аппаратном модуле за один период последовательности импульсов управления работой модулятора M1.



 

Похожие патенты:

Техническим результатом полезной модели является повышение точности и достоверности измерений
Наверх