Устройство для калибровки модуляционных радиометров

 

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ МОДУЛЯЦИОННЫХ РАДИОМЕТРОВ, содержащее антенную систему, блок команд, первый аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные коммутатор и второй аналого-цифровой преобр.азователь, а также радиометрический канал, состоящий из первого генератора модулирующего напряжения гетеродина, автоматического регулятора усиления, тепловой нагрузки и nod ледовательно соединенных первого вентиля , первого быстродействующего коммутатора , второго вентиля, смесител, усилителя промежуточной частоты,квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, первого синхронного детектора и первого фильтра низкой, частоты, причем выход первого генератора модулирующего напряжения подкЛючей к управляющему входу первого быстродействующего коммутатора, к второму входу которого подключена i тепловая нагрузка, выход автоматичес;кого регулятора усиления подключен к управляющему входу усилителя промежуточной частоты, выход гетеродина {подключен к второму входу смесителя выход антенной систэкил подключен к входу первого вентиля, выход первого |фильтра низкой частоты подключен к входу первого анашого-цифрового преобразователя , первый, второй и третий выходы блока команд подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам коммутатора , четвертый выход блока команд подключен к управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей ,отличающеес я тем, что, с целью повышения точности путем сокращения числа тактов калибровки, в него введены второй генератор модулирующего напряжения , первый и второй фазовращатели и последовательно соединенные, второй i синхронный детектор и второй фильтр низких частот, тепловая нагрузка вы (Л полнена в виде блока ка.либровки и последовательно соединенных второго с быстродействующего коммутатора и третьего вентиля, причем первый и вто;рой выходы блока калибровки соединены соответственно с первым и вторым входами второго йлстродействующего коммутатора, выход второго генератора модулирующегонапряжения соединен с управляющим входом второго быстродействующего коммутатора и с jixoflOM второго фазовращателя, выход ел „усилителя низкой частоты соединен с входом второго синхронного д ет ё 1сТЗ|)а выходя первого и второго фазовращателей соединены с управлякедими входами соответственно первого и второго Iсинхронных детекторов, вход первого фазовращателя подключен к выходу пер вого генератора модулирующего напряжения , выход второго фильтра низкой частоты по аключен к входу автоматического регулятора усиления и первому входу коммутатора, третий и четвертый выходы блока ка.либровки подключены соответственно к второму и третьему входам ксялмутатора, причем выходы первого.и второго аналогЪ-цифровых

(19) SU (1!!

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3440265/18-10 (22) 15.04 ° 82 (46) 07.09.83. Бюл. М 33 (72) M.Â.Áóõàðîâ, С.A.Ko÷åðoâ и Л.A.Ïåíÿýü ! (71) Государственный научно-исследовательский центр изучения природных ресурсов (53) 551.508.25(088.8) (56) 1. Башаринов А.E. Гурвич A.Ñ. и Егоров С.Т. Радиоизлучение Бемли как планеты, М., "Наука", 1974, с. 120 °

2. Авторское свидетельство СССР . по заявке М 3323224/18-10, 21 ° 07.81 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ

МОДУЛЯЦИОННЫХ.РАДИОМЕТРОВ, содержа« щее антенную систему, блок команд, первый аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные:: коммутатор и второй аналого-цифровой . преобразователь, а также радиометрический канал, состоящий из первого генератора модулирующего напряжения гетеродина, автоматического регулято- ра усиления, тепловой нагрузки и пос;ледовательно соединенных первого вейтиля, первого быстродействующего коммутатора, второго вентиля, смесителя; усилителя промежуточной частоты,квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, первого синхронного детектора и первого фильтра низкой;частоты, причем выход первого генератора модулирующего напряжения подключен к управляющему входу первого быстродействующего коммутатора, к второму входу которого подключена тепловая нагрузка, выход автоматичес. кого регулятора усиления подключен :icуправляющему входу усилителя проме.-" жуточной частоты, выход гетеродииа.--.: подключен к второму входу смесителя; выход антенной систем подключен к входу первого вентиля, выход первого

8 51) 5 01 И 1 00 G 01 W 1/18 с фйльтра низкой частоты подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, первый, второй и .третий выходы блока команд подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам коммутатора, четвертый выход блока команд подключен к управляющим входам первого и второго аналого-цифровых ггреобразователей, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности путем сокращения числа тактов калибровки, в него введены второй генератор модулирующего напряжения, первый и второй фазовращатели и последовательно соединенные. второй синхронный детектор и второй фильтр . I низких частот, тепловая нагрузка вы-. полнена в виде блока калибровки и последовательно соединенных второго быстродействующего коммутатора и тре- .тьего вентиля, причем первый и вто,рой выходы блока, калибровки соедине- ны соответственно с первым и вторым входами второго быстродействующего коммутатора, выход второго генерато ра модулирующего напряжения соединен с управляющим входом второго быстродействующего коммутатора и с входом второго фаэовращателя, выход .усилителя низкой частоты соединен с .входом вТброго синхронного детМФГбфГа выходы первого и второго фазовраща.телей соединены с управляющими входа ми соответственно первого и второго

1синхронных детекторов, вход первого фазовращателя подключен к выходу пер. вого генератора модулирующего напря- 3 жения, выход второго фильтра низкой частоты подключен к входу автоматического регулятора усиления g первому входу коммутатора, третий и четвертый выходы блока калибровки подключены соответственно к второму и третьему входам коммутатора, причем выходы первого.и второго аналог о-цифровых

1040450 преобразователей являются соответст венно информационным выходом и выходом калибровки модуляционного радиометра.

2. Устройство по п.1, .о т л .и ч а ю щ " "е с я тем, что блок калибровки выполнен в виде рупора калиб ровки, аттенюатора, автоматического регулятора температуры, согласованной нагрузки и первого и второго термодатчиков, прикрепленных соответственно к аттенюатору и согласованной нагрузке, причем рупор калибровки подключен к входу аттенюатора, выход автоматического регулятора температу- ры соединен с входом согласованной нагрузки, выход второго термодатчика подклЮчен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, а выходы аттенюатора, согласованной нагрузки, первого и второго термо1

Изобретение относится к технике дистанционного зондирования метеорологических. параметров атмосферы и подстилающей поверхности и может быть использовано, например, для one- 5 ративного. определения интегрального содержания водяного пара в атмосфере по результатам уходящего радиотеплового излучения на длине волны

1,35 см, а также при оперативном on- )p ределении контрастов уходящего радиотеплового излучения земной поверхности, измеряемых, например, на длине волны 0,8 см.

Известны устройства для калибровки модуляционных радиометров, содержащие последовательно соединенные антенную систему, модулятор, усилитель . высокой частоты, детектор, демодулятор (синхронный детектор) и интегратор, а также тепловую нагрузку, под20 ключенную к второму входу модулятора, и синхронизатор, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно модуля25 тора и демодулятора (1j .

Недостаток данных устройств — невысокая точность оперативной калибровки принимаемого излучения, возникающая вследствие больших интервалов 30 времени между циклами калибровки и наличия медленных уходов параметров входного тракта радиометрических при,емников.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо-.. му результату является устройство, датчиков являются соответственно пер. вым, вторым, третьим и четвертым выходами блока калибровки.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения автономности работы радиометра, блок калибровки выполнеы в виде двух аналогичных трактов, каждый из которых состоит из согласованной нагрузки, автоматического регулятора температуры и термодатчика, механически прикрепленного к согласованной нагрузке, причем выход термодатчика подключен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, выход которого соединен с входом согласованной нагрузки, а выходы согласованных нагрузок первого и второго трактов и термодатчиков первого и второго трактов являются соответст венно первым, вторым, третьим и чет-вертым выходами блока калибровки. для калибровки модуляционного радио-. метра, содержащее антенную систему, блок команд, первый аналого-цифровой преобразователь и последовательно соединенные коммутатор и второй аналого-цифровой преобразователь, а также радиометрический канал, состоящий из генератора модулирующего напряжения, гетеродина, автоматического регулятора усиления, тепловой нагрузки и последовательно соединенных первого вентиля, быстродействующего коммутатора, второго вентиля, смесителя, усилителя промежуточной частоты, квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, синхронного детектора и фильтра низкой частоты, причем выход генератора модулирующего напряжения подключен к управляющему входу быстродействующего комму-а татора, к второму входу которого подключена тепловая нагрузка, выход автоматического регулятора усиления подключен к управляющему входу усилителя промежуточной частоты, выход гетеродина подключен к входу первого вентиля, выход фильтра низкой часто ты подключен. к входу первого аналого-цифрового преобразователя, первый, второй и третий выходы блока команд подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам коммутатора, четвертый выход блока команд подключен к управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей p) .

Недостатком известного устройства является невысокая точность калибров1040450 ки каждого радиометрического канала, возникающая вследствие того, что калибровочные значения выходного сигйала радиометра могут быть получены только после проведения трех тактов калибровки. Первые два такта калибровки заключаются в поочередном измерении интенсивности двух калибровочных сигналов, осуществляемом при инвертированной фазе опорного напряжения синхронного детектора, а тре- 10 тий такт — в измерении нулевого уровня выходного сигнала при неинвертированной фазе опорного напряжения синхронного детектора.

Цель изобретения — повышение точности оперативной калибровки выходного сигнала модуляционного радиометра путем сокращения числа тактов калибровки и увеличения времени измерения калибровочного сигнала при сохранении полезной информации о радиотепловом излучении, принятом антенной системой.

Для достижения указанной цели в устройство для калибровки модуляционных радиометров, содержащее антенную систему, блок команд, первый аналогоцифровой преобразователь и последовательно соединенные коммутатор и .второй аналого-цифровой преобразователь, а также радиометрический канал, состоящий из первого генератора модули- .З0 рующего напряжения, гетеродина, автоматического регулятора усиления,тепловой нагрузки и последовательно соединенных первого вентиля, первого быстродействующего коммутатора, вто- 35 рого вентиля, смесителя, усилителя промежуточной частоты, квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, первого синхронного детектора и первого фильтра низкой частоты, пРичем 40 выход первого генератора мОдулирующего напряжения подключен к управляюще му входу первого быстродействующего коммутатора, к второму входу которого подключена тепловая нагру=-ка, вы-: 4> ход автоматического регулятора усиления подключен к управляющему входу усилителя промежуточной частоты, выход гетеродина подключен к второму входу смесителя, выход антенной системы подключен к входу первого венти-.50 ля, выход первого фильтра низкой частоты подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, первйй, второй и третий выходы блока команд подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим -входам коммутатора, четвертый выход блока команд подключен к управляющим входам первого и второго айалого-цифровых преобразователей, вве- 60 дени второй генератор модулирующего напряжения, первый и второй фазовращатели и последовательно соединенные второй синхронный детектор и второй фильтр низких частот, тепловая нагрузка выполнена в виде блока калиб- ровки и последовательно соединенных второго быстродействующего коммутатОра и третьего вентиля, причем первый и второй выходы блока калибровки соединены соответственно с первым и вторым входами второго быстродействующего коммутатора, выход второго генератора модулирующего напряжения соединен с управляющим входом второго быстродействующего коммутатора и с входом второго фаэовращателя, выход усилителя низкой частоты соединен с входом второго синхронного детектора, выходы первого и второго фазовращателей соединены с управляющими входами соответственно первого и второго синхронных детекторов, вход первого фазовращателя подключен к выходу первого генератора модулирующего напряжения, выход второго фильтра низкой частоты подключен к вход автоматического регулятора усиления и первому входу коммут атора, третий и четвертый выходы блока калибровки подключены соответственно к второму и третьему Входам коммутатора, причем выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей являются соответственно информационным выходом и. выходом калибровки модуляционного радиометра.

Кроме того, блок калибровки выполнен в виде рупора калибровки,аттенюатора, автоматического регулятора температуры, согласованной нагрузки и первого и второго термодатчиков, прикрепленных соответственно к аттенюатору и согласованной нагрузке, причем рупор калибровки подключен к входу аттенюатора, выход автоматического регулятора температуры соединен с входом согласованной нагрузки, вы ход второго термодатчика подключен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, а выходы аттенюатора, согласованной нагруз ки,,первого и второго термодатчиков явля,ются соответственно первым, вторым,,третьим и четвертым выходами блока калибровки.

Второй вариант блока калибровки выполнен в виде двух аналогичных трактов, каждый из которых состоит из согласованной нагрузки, автоматического регулятора температуры и термодатчика, механически прикрепленното к согласованной нагрузке, причем выход термодатчика подключен к управляющему входу автоматического регулятора температуры, выход которого соединен с входом согласованной нагрузки, а выходы согласованных нагрузок первого и второго трактов и термодатчиков первого и второго TpBKtoB являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока калибровки.

1040450 на первый вход смесителя 13 поступают одновременно модулированные измеряемое (Та) и дна калибровочных (Т и

Г ) излучения; временной характер чередования которых изображен на фиг.4.

После смешения с гармоническим из-. лучением (частотой, например, 37,5 или 22,2 ГГц), поступающим с гетеродина 12 на второй нход смесителя 1,3, выделения результирующей компоненты смешанного сигнала н усилителе 14 промежуточной частоты (имеющего полосу пропускания шириной 10 МГц), вознедения в квадрат, осуществляемого с помощью квадратичного детектора 15, и фильтрации,,осуществляемой с помощью усилителя 16 низкой частоты, результирующий низкочастотный электрический сигнал поступает одновременно на вход. первого и .второго синхронных детекторов 17 и 18. При этом спектр результирующего низкочастотного сиг-. нала представляет собой две незанисим е совокупности гармоник час- тот f< и f . В результате демоду ляции, осуществляемой в первом син-: хронном детекторе 17 с помощью опорного сигнала, поступающего с выхода первого генератора 8 модулирующего напряжения через первый фазовращатель

10 {необходимый для компенсации рассогласования фаз между измеряемым и опорным сигналом), и усреднения, осуществляемого с помощью первого фильтера 19 низких частот, на первый вход первого аналого-цифрового преобразователя 24 поступает сигнал 0, величина которого пропорциональна значению, T> — ф (7 a T ) (фиг. 4) . В результ ате демодуляции, осуществляемой во втором синхронном детекторе 18 по опорному сигналу, поступающему с выхода второго генератора 9 модулирующего напряжения через второй фазовращатель 11, и усреднения, осуществляемого. с помощью второго фильтра 20 няэких частот, формируется постоянный сигнал U g, величина которого пропорциональна разнице значений т -Тг интенсивности калибровочных излучений (фиг.4) . С выхода второго фильтра 20 низких частот сигнал U поступает на первый вход коммутатора 23 и на вход автоматического регулятора

21 усиления, поддерживающего стабильной во времени величину коэффициента усиления усилителя 14 промежуточной частоты. Одновременно с сигналом U на второй и третий входы коммутатора

23 поступают сигналы U) и Ul с третьего и четвертого выходов блока калибровки, несущие информацию о значениях калибровочных сигналов Т

Х

Коммутатор 23 под воздействием уп1

:равляющих сигналов Т и Т с блока

22 команд периодически и последонаНа фиг.1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства для. калиб- . ровки модуляционных радиометров, на фиг.2 - блок-схема блока калибровки, на фиг.3 — то же, вариант; на фиг.4график характерного изменения интенсивности радиотеплового излучения, формируемого на выходе модулятора.

Устройство для калибровки модуляционных радиометрон содержит антенную систему 1, радиометрический канал, 10 состоящий иэ первого нентиля 2, блока 3 калибровки, первого быстродействующего коммутатора 4, второго и третьего вентилей 5 и 6, второго быстродействующего коммутатора 7, 15 первого и второго генераторов 8 и 9 модулирующего напряжения; первого и второго фаэовращателей 10 и 11, гетеродина 12, смесителя 13, усилителя

14 промежуточной частоты,квадратич- 20 ного детектора 15, усилителя 16 низкой частоты, первого и второго синхронных детекторов 17 и 18, леръого и второго фильтров 19 и 20 низких частот и автоматического регулятора

21 усиления, а также блок 22 команд, коммутатор 23 и первый и второй аналого-цифровые преобразователи 24и 25.

Блок 3 калибровки (фи г. 2) содержит рупор 26 калибровки, аттенюатор 27, первый и второй термодатчики 28 и 29,З0 автоматический регулятор 30 температуры и согласованную нагрузку 31.

Второй вариант блока 3 калибровки (фиг.3) содержит дна аналогичных тракта 32 и 33, каждый из которых состоит из согласованной нагрузки 34, термодатчика.35 и автоматического регулятора 36 температуры.

Устройство работает следующим образом. 40

Уходящее радиотепловое излучение

Земли, принятое антенной системой 1, через первый вентиль 2 поступает на первый вход первого быстродействующего коммутатора 4, переключаемого с 45 частотой т л1 кГц сигналом с выхода первого генератора 8 модулирующего напряжения. На второй вход пЬрвого быстродействующего коммутатора 4 че рез третий вентиль 6 поступает калиб- 0 ровочное излучение с выхода второго быстродействующего коммутатора 7, переключаемого с частотой f 10 кГц (причем f ft,Af1Ф Wlf, где и и N целые числа) сигналом с выхода второго генератора 9 модулирующего напряжения. Калибровочное Излучение представляет собой дна чередующихся различных значения излучений известной интенсивности Т и Т (фиг. 4), форМируемых в блоке 3 калибровки и поступающих соответственно на первый и второй входы нторого быстродействующего коммутатора 7. В результате с выхода первого быстродействующего коммутатора 4 через второй вентиль 5 6$ 1.040450

7 тельно подключает (с частотой порядка 10 Гц на вход второго аналогоцифрового преобразователя 25 следующие один эа другим сигналы 0, l3» и

Ц,1. В свою очередь, тактовые сигналы, поступающие с блока команд на управ-, 5 ляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей 24 и

25, формируют на их выходе коды значений Ug (1 выход и чередующихся значений Og 0 (и UQ {И выход), ко- - 10 торые используются для расчета ин-. тенсивности принятого антенной системой излучения по формуле

Ua

Та= (2)+о — p;-Ч д), 15 к где Q - коэффициент порядка единицы, учитывающий форму моду-, лирующих и демодулирука их . сигналов, Т и Т - значения интенсивности ка-, ( либровочных сигналов, уточняемые по показ аниям 0» и.

U термодатчиков.

Блок 3 калибровки (фиг.2} формирует калибровочные излучения Т и Т, 5 следующим образом.

Калибровочное излучение Т создается согласованной нагрузкой 31,тем пература которой контролируется по сигналу Ц g (фиг.2) второго термодат-.30 чика 29 и поддерживается постоянной ,с памощью автоматического регулято ра 30 температуры. Калибровочное излучение Т устанавливается с помощью аттенюатора 27, на вход которо- Э5

ro через рупор 26 калибровки посту» пает, например, космическое излуче-. ние. При этом термодинамическая тем- пература аттенюатора 27 контролиру- ется с помощью первого термодатчика 28.

Во втором варианте блока 3 калибровки (фиг. 3), необходимом например, для работы радиометра при наземных либо самолетных подспутниковых экспериментах по дистанционному определении метеорологических параметров, формирование калибровочных излучений осуществляется с помощью двух аналогичных трактов 32 и 33. Автоматический регулятор. 36 тракта 32 поддерживает постоянной температуру согласованной нагрузки 34, создающей калибровочное излученйе Т . При этом значение температуры согласованной нагрузки 34 определяется по показаниям U g прикрепленного к ней термодатчика 35. Аналогичным образом во втором тракте 33 создается калибровочное излучение Tq и осуществляется контроль температуры излучающего тела.

Предлагаемое устройство для калибровки модуляционных радиометров для дистанционного зондирования окружающей среды при использовании его, например, для измерения уходящего тсплового излучения Земли в диапазоне длин волн 0,8-или 1,35 см, либо как основную схему аналогичных каналов многоканального радиометра, позволяетт получать калибровочный сигнал одновременно и независимо с измеряемм, что.выгодно отличает его от известного радиометра, по сравнению с которым точность измерения калибровочного сигнапа повышается не менее чем в - 2 раэ.

1040450

@vs. Р

fq

4Ъг. Ф

Составитель В.Агапова

Техред- М. Гергель

Корректор . А. Ференц

Редактор Л. Филь

Заказ 6924/50 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Цроектная, 4