Устройство бесконтактного измерения излучательной способности объектов

 

Использование: относится к области измерения и может использоваться при бесконтактном измерении иэлучательной способности обьектов. Сущность изобретения состоит в том, что излучение объекта, пропорциональное иэлучательной способности объекта, наводится на антенну, модулирует-- ся в блоке модулятора, преобразуется в блоках смесителя, гетеродина, усиливается усилителем промежуточной частоты, детектируется , усиливается и преобразуется в цифровую форму, поступает на устройство цифрового накопления информации и вычисления коэффициента излучения объекта. Управление работой устройства осуществляют триггеры, генератор, регистры, мультиплексор , делители, элементы задержки и элемент И. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (()) (s>)s G 01 3 5/52

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i.-- во ( (21) 4943276/25 (22) 05,06.91 (46) 30.06.93. Бюл. М 24 (71) Центральный научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем (72) В.А.Худолеев, В.А.Крылов, В.И.Троицкий, А.С.Чернышев и П.Г.Торлин (56) R.À. Teckman "Multlmeter иаче antenna

measurements with HP 8510 network

anallsator". "Microwave )оигпаГ, ч. 26, М 5, 1983, с. 243. (54) УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТОВ (57) Использование: относится к области измерения и может использоваться при бесИзобретение относится к области измерения и может быть использовано при измерении иэлучательной способности объекта.

Цель изобретения — повышение динамической точности измерения излучательной способности слабоконтрастных объектов при одновременном повышении вероятности обнаружения объектов на сложном фоне.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 представлен график выходного сигнала предлагаемого уотройства.

Устройство состоит иэ последовательно соединенных антенны 1, модулятора 2, смесителя 3, второй вход которого соединен с гетеродином 4, усилителя промежуточной частоты 5, квадратичного детектора 6, усилителя низкой частоты 7, аналого-цифрового преобразователя 8. а также первого регистра 9, второго регистра 10. первого контактном измерении иэлучательной способности обьектов. Сущность изобретения состоит в том, что излучение обьекта, пропорциональное иэлучательной способности обьекта, наводится на антенну, модулирует--, ся в блоке модулятора, преобразуется в блоках смесителя, гетеродина, усиливается усилителем промежуточной частоты, детектируется, усиливается и преобразуется в цифровую форму, поступает на устройство цифрового накопления информации и вычисления коэффициента излучения обьекта.

Управление работой устройства осуществляют триггеры, генератор, регистры, мультиплексор, делители, элементы задержки и элемент И. 2 ил, М триггера 11. первого сумматора 12, второго сумматора 13, генератора 14, второго делителя 15, третьего регистра 16, элемента "И"

17, второго триггера 18, первого элемента

° ° задержки 19, мультиплексора 20, второго Ю постоянного запоминающего устройства Я

21, четвертого регистра 22, третьего счетчика-делителя 23, второго элемента задержки (Я

24, пятого регистра 25, шинного формирователя 26, первого постоянного запоминающего устройства 27, первого делителя 28, регистратора 29, при этом информационные выходы аналого-цифрового преобразователя

8 соединены параллельно с соответствующими информационными входами первого 9 и второго 10 регистров, прямые информационные выходы первого 9 регистра соединены с первыми входами первого сумматора 12, инверсные информационные выходы второго регистра 10 соединены со вторыми входа1824527

ЛТ=Т„,-Т, ми первого 12 сумматора, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами второго сумматора выхода "конец преобразования" аналого-цифрового преобразователя 8 соединен с первым триггером

11, прямой выход которого соединен с входом "строб" первого регистра 9, а инверсный выход соединен параллельно с входом

"строб" второго 10 регистра и входом второго 24 элемента задержки. Выход генератора 14 параллельно соединен со счетными входами аналого-цифрового преобразователл

8, третьего регистра 16 и второго делителя

15, выход которого параллельно соединен с первым входом элемента "И" и счетным входом второго триггера 18, выход которого через первый элемент задержки 19 соединен с управляющим входом модулятора 2.

Выход элемента "И" соединен с входом

"пуск" аналого-цифрового преобразователя

8. Выходы третьего регистра соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора 20, выходы которого соединены с адресными входами второго постоянного запоминающего устройства

21, выходы данных которого соединены с информационными входами четвертого регистра 22, выходы которого соединены с информационными входами третьего делигелл

23, выход "конец счета" которого параллельно соединсн с вторым входом элемента "И"

17 и входом "запись" регистратора 29, Выход второго 24 элемента задержки параллельно соединен с входом "строб" пятого регистра 25 и входом "декремент" третьего делителя 23. Выходы второго сумматора 13 соединены с информационными входами пято о регистра 25, выходы которого параллелью о соединены со вторыми входами второго сумматора 13 и информационными входами шинного формирователл 26, информационные выходы которого соединены с входами "делимое" делителл 28, вход "делитель" которого соединен с первым постоянным запоминающим устройством 27, а выход — с регистратором 29. Выход "чтение" регистратора параллельно соединен с входами

"строб" блоков 22 и 25 и входами "загрузка" блока 23 и 26.

Устройство работае1 следующим образом.

Коэффициент к излученил обьекта определяется через его тер лодина.лическую То и радиотепловую Тр< температуры по формуле

При этом Тр характеризует мощность, излучаемую объектом о широкой полосе частот, 5

55 которая в виде СВЧ иэлученил наводится на антенну 1, поступает на модулятор 2, где модулируется меандром частотой и поступает на смеситель 3, на второй вход которого поступает частота гетеродина 4, в результате чего спектр принятого излучения, характеризующего радиотепловую температуру, смещается в полосу промежуточной частоты, которая с помощью усилителя промежуточной частоты 5 усиливается и детектируется на квадратичном детекторе 6, на котором выделяется низкочастотный спектр сигнала, который усиливается с помощью усилителя низкой частоты 7 и поступает на аналого-цифровой преобразователь 8. Блок

2 при подаче на его управляющий вход уровня "логической "1" меандра, открыт и сигнал, соответствующий излучению от объекта с радиотепловой температурой объекта Тр, поступает на смеситель 3 для последующего усиленил, При уровне логического "0" меандра íà его управллющем входе блок 2 закрыт и опорный сигнал, равный эталонной температуре Т,, формируетсл за счет собственных шумов смесителя, которые отразившись от блока 2 поступают в блок 3 длл последующего усиления. При этом за полный период меандра сигнал ЛТ на выходе блока 7 будет соответствовать разности

Данный метод измерения используется в

СВЧ-радиометрах модуляционного типа, известных из кн, "Справочник по радиолокации", ред. M.ÑêoëüIIèê, т.4, с. 264-269, за счет использования Тэ в качестве опорного сигнала удается на каждом периоде меандра контролировать нестабильность канала усиления измерителя и нестабильность коэффициента усиления тракта ЛС. При этом в качестве "опорного сигнала эталона" используетсл излучение гетеродина 4, переобразовавшееся от закрытого модуллтора 2 в режиме, когда на него подан уровень логического "нуля", Генератор 14 формирует тактовую последовательность импульса меандра. когорал параллельно поступает на счетные входы блока 8, гретьего регистра 16 и второго делителя 15. Блок 15 делит тактовую частоту и формирует строб запуска блока 8. Коэффициентделения блока 15 определяется разрядностью блока R. Третий регистр 16 формирует пораллельныи код. который с выходов третьего регистра 16 через мультиплексор 20 поступает на второе постоянное запоминающее устройство 21. на выходе которого формируется цифровои код коэффициента счета, ко1824527

50

55 торый поступает на четвертый регистр 22 коэффициента счета, управляющий сигнал, поступающий от оператора на блок 20, позволяет изменять код на выходе блока 20, который является адресом, по которому с блока 21 будет считываться код, соответствующий величине коэффициента счета. На соответствующие управляющие входы блока 21 поданы логические уровни, обеспечивающие считывание с блока 21 информации по коду адреса.

По сигналу "чтение". поступающему с выхода цифрового регистратора 29 на блок

22, код коэффициента счета поступает на третий делитель 23. Величина коэффициента счета соответствует постоянной времени накопления информации и может оперативно меняться по команде (коду) оператора.

Запуск измерения осуществляется импульсом "чтение", поступающим с выхода блока 29 на вход "загрузка" шинного формирователя 26, вход "сброс" регистра суммы и вход загрузки третьего делителя 23, по которому "коэффициент счета" загружается в третий делитель 23 и на выходе блока 23 формируется сигнал "конец счета", по которому на блоке 17 снимается сигнал "запрет преобразования", С выхода блока 15 сигнал поступает параллельно на второй триггер 18, где происходит деление частоты сигнала на 2 и на элемент И 17, используемый как вентиль. В отсутствие сигнала "конец счета", поступающего на инверсный вход блока 17 с выхода третьего счетчика делителя 23, строб пуска поступает на вход пуска блока 8, по которому в блоке 8 происходит преобразование входного сигнала с блока 7 в цифровую форму и на выходе блока 8 формируется информационный сигнал в виде параллельного кода, который поступает с и выходов блока

8 параллельно на и входов первого 9 регистра данных и и входов второго 10 регистра опорного сигнала, имеющего выходы сигнала с инверсией, а также управляющий сигнал "конец преобразования", который поступает на первый триггер 11, формирующий стробы записи в блоки 9 и 10, который согласован с тактами переключения блока

2. При этом переключение блока 2 осуществляется импульсами с блока 18, прошедшими задержку в первом блоке задержки.

Задержка в блоке 19 обеспечивает необходимую фаэировку стробов пуска и преобразования блока 8 и модулирующего сигнала, поступающего на управляющий вход блока

2, так, чтобы отсчеты не приходились на фронты, соответствующие переключению модулятора 2. С прямого выхода блока 11

"строб данных" поступает на блок 9. при

40 этом информационные сигналы поступают с блока 8 через блок 9 на первые входы первого сумматора 12, где происходит накопление принятого сигнала на интервале, соответствующем интервалу логической "1" меандра, поступающего на управляющий вход блока 2. На интервале логического "нуля" меандра с инверсного выхода блока 11 на вход "стробирования" блока 10 поступает управляющий логический сигнал, поступает управляющий логический сигнал, по которому информационный сигнал с выхода блока 8, соответствующий уровню "опорного сигнала эталона" поступает с инверсных выходов блока 10 на вторые входы блока 12.

При этом на выходе блока 12 формируется сигнал, соответствующий разности между сигналом Трт с блока 9 и сигналом Тэ с блока

10. Данная разность, соответствующая в цифровом виде разности ЛТ - Трт - Т,, поступает на первые входы второго сумматора

13. Циклы преобразования аналогового сигнала в блоке 8 в цифровую форму следуют один эа другим, По каждому циклу производится переброс блока 11 и с его инверсного выхода "строб опорного сигнала" поступает через вторую линию задержки 24 на вход считывания пятого 25 регистра суммы и вход "декремент" блока 23, На каждом цикле преобразования на сумматоре 13 информация с выхода блока 12 суммируется с информацией. накопленной в предыдущем цикле преобразования, заносится в блок 25 и поступает с выхода блока 25 на вторые входы блока 13, При этом, при первом цикле преобразования на вторые входы блока 13 поступает нулевой код. поскольку сигнал

"сброс", поступивший с блока 29 обнулил блок 25. С выходоь блока 13 цифровой код суммы поступает на информационные входы блока 25. с выходов которого код поступает параллельно на вторые входы блока 13 и шинный формирователь 26, с которого по сигналу "чтение" он считывается и поступает на первый делитель 28. В блоке 28 производится вычисление коэффициента излучения объекта к как результата деления радиояркостной температуры Трт на величину термодинамической То температуры. величина которой записана в первом постоянном запоминающем устройстве 27. Полученное при этом отношение поступает по шине данных на регистратор 29. где записывается для последующего анализа. Величина кода, соответствующего термодинамической температуре То, считывается с блока 27 и поступает на блок 28. Поскольку величина То, считывается с блока 27 и поступает на блок

28. Поскольку величина Т, неизменна в про1824527

50 вход "Делитель" которого соединен с первым 55 постоянным запоминающим устройством, а выход — с регистратором, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения динамической точности измерения иэлучательной способности слабоконтрастных объектов цессе измерения на адресные входы и входы управления подаютсп логические уровни, позволяющие постоянно считывать информацию из заданной ячейки памяти, хранящей величину Т .

После каждого цикла преобразования содержимое счетчика-делителя 23 уменьшается на единицу до тех пор, пока не станет равным нулю. В этом случае на выходе блока 23 формируется сигнал "конец счета", который поступает на блок 17 в виде сигнала "запрет преобразования" и код "строб пуска" с выхода блока 15 на блок 8 не поступает. По этому же управляющему сигналу в блоке 23 осуществляется запись информации в блок 29, поступившая на него с выхода блока 28. Задержка в блоке 26 компенсирует задержку сигнала в блоках 10, 12 и 13.

На фиг.2 в качестве примера технической реализации заявленного устройства преДставлен график выходного сигнала обнаруживаемого обьекта.

Предварительная техническая оценка показала, что точность измерения излучательной способности объекта в динамическом режиме (при перемещении летательного аппарата по трассе полета) зависит от пространственных радиусов корреляции обьективного состава и высоты полета и для Европейской части территории страны при высоте полета 200 м повышается на величину 60ф„ при одновременном повышении вероятности обнаружения объекта на окружающем фоне с 0,5 до 0,7, Таким образом эа счет введения в состав предлагаемого устройства блоков 8 — 26 обеспечено повышение точности измерения на 60 при одновременном повышении вероятности обнаружения объекта с 0,5 до 0.7, Регистратор 29 представляет собой цифровой регистратор, в качестве которого может быть, например, использован магнитный регистратор типа СМ 5300.01, обеспечивающий прием данных по шине данных.

Формула изобретения

Устройство бесконтактного измерения излучательной способности обьектов, состоящее иэ последовательно соединенных антенны, модулятора, смесителя, второй вход которого соединен с гетеродином, усилителя промежуточной частоты, квадратичного детектора, усилителя низкой частоты, а также регистратора и первовго делителя, 5

45 при одновременном повышении вероятности обнаружения объекта на сложно л фоне, введены аналого-цифровой преобразователь, пять регистров, генератор. два делителя, два триггера, два элемента задержки, два сумматора. мультиплексор, второе постоянное запоминающее устройство и шинный формирователь, элемент И, при этом выход усилителя низкой частоты соединен с информаационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого параллельно соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров, входы

"Стробироание" которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами первого триггера, счетный вход которого соединен с выходом "Конец преобразования" аналого-цифрового преобразователя, выход генератора параллельно соединен со счетными входами аналого-цифрового преобразователя, третьего регистра и второго делителя, выход которого параллельно соединен с первым входом элемента И и счетным входом второго триггера, выход которого через первый элемент задержки соединен с управляющим входом модулятора, выход элемента И соединен с входом

"Пуск" аналого-цифрового преобразователя, выходы третьего регистра соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора, выходы которого соединены с адресными входами второго постоянного запоминающего утсройства, выходы данных которого соединены с соответствующими информационными входами четвертого регистра, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами третьегоделителя, управляющий выход "Чтение" регистратора параллельно соединен с входами "Сброс" соответственно четвертого и пятого регистров, входами "Загрузка" шинного формирователя и третьего делителя, инверсный выход первого триггера соединен через второй элемент задержки с входами "Строб" пятого регистра и

"Декремент" третьего делителя, выход которого параллельно соединен с входом "Управлеие записи" регистратора и вторым входом элемента И, прямые информационные выходы первого регистра соединены с первыми входами первого сумматора, вторые входы которого соединены с инверсными информационными выхоами второго регистра, информационные выходы первого сумматора соединены с первыми входами второго сумматора, выход которого соединен с пятым регистром, выходы которого параллельно соединены с соответствующими вторыми входами второго сумматора и

1824527

Составитель В.Худолеев

Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор

Заказ 2220 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-Э5, Раушская наб., 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагар..н"., 101 информационными входами шинного формирователя, информационные выходы которого соединены с входами "Делимое" первого делителя.