Модуляционный радиометр

 

Использование: радиоизмерительная техника для измерения мощности теплового радиоизлучения на фоне импульсных помех. Сущность изобретения: модуляционный радиометр содержит антенну 1, коммутатор 2, преобразователь частоты 3, УПЧ 4, квадратичный детектор 5, видеоусилитель 6, ограничители 7, 10, вычитающее устройство 8, масштабирующий усилитель 9, сумматоры 11, 18, избирательный усилитель 12, синхронный детектор 13, интегратор 14, регистрирующее устройство 15, аттенюатор 16, источник постоянного напряжения 17, генератор опорного напряжения 19, эталонную нагрузку 20. 2 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предназначено для измерения мощности слабого теплового радиоизлучения на фоне импульсных помех и может быть использовано в радиоастрономии, медикобиологических исследованиях, при исследовании физических свойств материалов и сред.

Наиболее близким к предложенному является устройство, содержащее последовательно соединенные антенну, коммутатор, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, видеоусилитель, ограничитель, избирательный усилитель, синхронный детектор, интегратор и регистратор. Генератор опорного напряжения подключен к опорному входу синхронного детектора и управляющему входу коммутатора, к второму сигнальному входу которого подключена эталонная нагрузка.

Данное устройство обеспечивает высокую точность измерения при воздействии некоррелированных и хаотических импульсных помех, однако при воздействии импульсных помех малой скважности (Q<100) из-за накопления мощности таких помех в избирательном усилителе снижается точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет увеличения помехозащищенности от импульсных помех малой скважности (Q< ≈ 100).

Это достигается тем, что в модуляционном радиометре, содержащем последовательно соединенные антенну, коммутатор, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, видеоусилитель и первый ограничитель, выход избирательного усилителя через последовательно соединенные синхронный детектор и интегратор подключен к регистратору, выход генератора опорного напряжения соединен с опорным входом синхронного детектора и управляющим входом коммутатора, к второму сигнальному входу которого подключена эталонная нагрузка, дополнительно введены последовательно соединенные вычитающее устройство, масштабирующий усилитель, второй ограничитель, первый сумматор, а также аттенюатор, источник постоянного напряжения и второй сумматор, при этом выход первого ограничителя подключен к входу вычитающего устройства и второму входу первого сумматора, а выход синхронного детектора через последовательно соединенные аттенюатор, источник постоянного напряжения и второй сумматор подключен к второму входу вычитающего устройства.

В разработанном модуляционном радиометре осуществляется выделение помех, превышающих заданный порог, масштабирование этих помех и их компенсация при одновременном воспроизведении во время действия помех мощности шумового сигнала, предшествующего появлению помехи.

На фиг.1 приведена структурная схема модуляционного радиометра; на фиг. 2 - эпюры входного сигнала и сигналов на выходах блоков 6, 7, 8, 11.

Устройство содержит антенну 1, коммутатор 2, преобразователь 3 частоты, усилитель 4 промежуточной частоты, квадратичный детектор 5, видеоусилитель 6, ограничитель 7, вычитающее устройство 8, масштабирующий усилитель 9, ограничитель 10, сумматор 11, избирательный усилитель 12, синхронный детектор 13, интегратор 14, регистрирующее устройство 15, аттенюатор 16, источник 17 постоянного напряжения, сумматор 18, генератор 19 опорного напряжения и эталонную нагрузку 20.

Модуляционный радиометр работает следующим образом.

Антенна 1 обеспечивает прием входного сигнала, представляющего собой аддитивную смесь измеряемого шумового сигнала U₁(t) температурой Т₁ и импульсных помех. Коммутатор 2 периодически с частотой F₁ (где F₁ - частота генератора 19) попеременно подключает к входу преобразователя 3 частоты антенну 1 или эталонную нагрузку 20 с шумовой температурой Т₂. Преобразователь 3 частоты обеспечивает преобразование сигнала с выхода коммутатора 2 в сигнал промежуточной частоты. Этот сигнал усиливается усилителем 4 промежуточной частоты, детектируется квадратичным детектором 5 и усиливается видеоусилителем 6. Сигнал U₁(t) на выходе видеоусилителя 6 при подключенной антенне 1 пропорционален аддитивной смеси мощности полезного сигнала U₂(t) и импульсных помех U₃(t) U₁(t) = U₂(t) + U₃(t) При подключенной эталонной нагрузке 20 сигнал U₄(t) на выходе видеосигнала 6 пропорционален мощности излучения эталонной нагрузки 20. Сигналы U₁(t), U₄(t) приведены на фиг.2а.

Ограничитель 7 обеспечивает ограничение по уровню U₅ импульсов помехи с выхода видеосигнала 6. Второй сигнал ограничителя 7 приведен на фиг.2,б.

При отсутствии на выходе радиометра импульсов помехи на выходе ограничителя 7 попеременно с частотой F₁ присутствует полезный сигнал U₂(t) и эталонный сигнал U₄(t). Эти сигналы поступают на первый (инвертирующий) вход вычитающего устройства 8 и первый вход сумматора 11. На второй (неинвертирующий) вход вычитающего устройства 8 поступает от источника 17 и сумматора 18 сигнал, состоящий из постоянного порогового напряжения U₆, запирающего ограничитель 10 (поскольку U₆>U₂), и выходного напряжения синхронного детектора 13, ослабленного с помощью аттенюатора 16 в К₂ = К₁ ^. К₃ раз, где К₁ - коэффициент усиления масштабирующего усилителя 9, К₃ - коэффициент передачи последовательно соединенных сумматора 11, избирательного усилителя 12 и синхронного детектора 13.

Так как ограничитель 10 заперт положительным пороговым напряжением К₁ U₆/U₅>U₆ ≥ 3v/, где v - дисперсия принимаемого сигнала на выходе видеосигнала 6, то на втором входе сумматора 13 напряжение равно нулю, а полезный и эталонный сигналы поступают на первый вход сумматора 13, обеспечивая на его выходе переменное напряжение частотой F₁ опорного напряжения и амплитудой, пропорциональной разнице температур Т₁ шумового сигнала и Т₂ эталонного излучения.

При приеме антенной 1 в момент t₁ импульсной помехи U₃(t), превышающий порог ограничения U₅ длительностью Δt₁, меньшей полупериода опорного колебания (Δt₁<1/2F), на первый (интегрирующий) вход вычитающего устройства 8 и первый вход сумматора 11 поступает импульс помехи U₃(t) длительностью Δt₁ и амплитудой U₅ (см. фиг.2,б).

U₇(t) = где U₇(t) - сигнал на выходе ограничителя 7.

Одновременно в момент t₁ на втором входе вычитающего устройства 8 присутствует сумма постоянного напряжения U₆ и напряжения с выхода синхронного детектора 13, прошедшего с выхода ограничителя 7 через сумматор 11, избирательный усилитель 12, синхронный детектор 13, аттенюатор 16, источник 17 и сумматор 18 U₈(t) = U₆(t)+ , где τ - временная задержка, возникающая при прохождении сигнала U₂(t) через сумматор 11, избирательный усилитель 12 и синхронный детектор 13.

Напряжение U₉(t) на выходе вычитающего устройства 8 во время действия импульса помехи (см. фиг.2,в).

U₉(t) = U₈(t) - U₇(t)= U₆+ -U₅ , (t₁< t< t₁ + Δt) .

На выходе масштабирующего усилителя 9 во время Δt₁ действия импульсной помехи присутствует напряжение U₁₀(t) (см. фиг.2,г.).

U₁₀(t) = K₁·U₆+U₂(t-τ)-K₁·U₅= (U₆-U₅)+U₂(t-τ)= = - U₅+U₂(t-τ) U₁₀(t)<0, так как уровень U₅ ограничения помехи U₃(t) превышает уровень полезного сигнала U₂. В этом случае ограничитель 10 открыт, и на второй вход сумматора 11 поступает сигнал U₁₀(t), а на первый вход сумматора 11 поступает напряжение U₅. Во время действия импульса помехи U₃(t) на выходе сумматора 11 формируется напряжение U₁₁(t) (см.фиг.2,д).

U₁₁(t) = U₅ - U₅ + U₂(t - τ) = U₂(t - τ) Таким образом, во время действия импульсной помехи, превышающей заданный уровень ограничения U₅, происходит компенсация ограниченной импульсной помехи в сумматоре 11. Избирательный усилитель 12 усиливает полезный сигнал U₂(t), задержанный на время τ. По окончании действия импульса помехи в момент t t₁ + Δt ≅ t<t напряжение U₁₂(t) на выходе вычитающего устройства 8 равно U₁₂(t) = U₆(t) + .

Поскольку пороговое напряжение U₆ ≥ U₂, то U₁₂(t) > 0 и напряжение с выхода вычитающего устройства 8 не проходит через ограничитель 10, то на втором входе сумматора 11 напряжение равно нулю. На первом входе сумматора 11 при подключенной к модулятору 2 антенне 1 присутствует напряжение U₁₃(t) (cм.фиг.2,д).

U₁₃(t) = U₂(t), t₁ + Δt₁ ≅ t ≅ t₂ Сигнал U₁₃(t) интегрируется с помощью интегратора 14 и регистрируется регистратором 15.

Аналогично радиометр работает и при последующих импульсах помехи, появляющихся в моменты времени t₃,t₄...t_n (см.фиг.2,а)

Формула изобретения

МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР, включающий последовательно соединенные антенну, коммутатор, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, видеоусилитель и первый ограничитель, последовательно соединенные избирательный усилитель, синхронный детектор, интегратор и регистратор, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора и управляющим входом модулятора, к третьему входу которого подключена эталонная нагрузка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, введены последовательно соединенные вычитатель, масштабирующий усилитель, второй ограничитель и первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого ограничителя и первым входом вычитателя, а выход - с входом избирательного усилителя, выход синхронного детектора через введенные последовательно соединенные аттенюатор и второй сумматор соединен с вторым входом вычитателя, источник постоянного напряжения, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2