CN102680803B - 基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计，属于微波被动无源遥感及探测领域。其包括狄克输入开关，狄克输入开关的第一端依次连接射频和中频放大电路、平方率检波器、低频放大器、同步检波器、低通滤波器和数据采集处理模块；狄克输入开关的第二端在开关信号发生器的驱动下在参考负载和天线之间切换；在参考负载上设有测温电路，测温电路连接数据采集处理模块。本发明不必对微波狄克辐射计的参考负载进行恒温，而只需采用测温电路实时监控参考负载温度的变化，并将监控得到的参考负载温度的变化量代入辐射计定标方程进行修正，即可获得被测量场景的天线温度。本发明不仅提高了测量精度，而且简化了现有微波狄克辐射计的结构。

Description

基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计

技术领域

本发明属于微波遥感和精密测量技术领域，具体涉及一种基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计。 

背景技术

微波辐射计是无源微波遥感的核心设备，是进行地物和目标微波辐射特性探测、成像和判断的工具。所有高于绝对零度的物体都辐射电磁波信号，在微波频段物体自身辐射的微波信号是非相干的极其微弱的信号，因此与传统的接收相干信号且信噪比总是大于1的接收机不同，微波辐射计接收的是比本机噪声功率小得多的各种物体辐射的噪声功率，其实质是一台微波波段的高灵敏度接收机，它由天线、宽带接收机和数据记录或储存装置等部分组成，能够高度精密地测量出很小的输入噪声功率的变化，这个变化经过辐射计系统后将直接反映在输出电压上，通过输出电压信号的特征来获知被探测物体特性。 

目前国内外常用的微波狄克辐射计都采用同步检波的工作方式，其同步检波器(也称同步解调器)位于低频放大器(简称低放)与低通滤波器(或积分器)之间；而狄克(Dicke)输入开关一端和接收机相连，另一端可在天线和恒温参考负载之间切换用以调制接收机输入信号。当恒温参考负载的温度越稳定，则微波狄克辐射计获得的测量精度就越高。为了使微波狄克辐射计长期在各种恶劣条件下工作，必须采用复杂的恒温电路对参考负载进行恒温。目前在长期和恶劣的工作条件下，通过恒温技术使得参考 负载的温度变化小于0.1度是十分困难的，所以限制了微波狄克辐射计的测量精度。 

因此需要采用新的方法来微波提高狄克辐射计的测量精度。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度的微波狄克辐射计，不必对微波狄克辐射计的参考负载进行恒温，而只需要采用测温电路实时监控参考负载温度的变化，并将监控得到的参考负载温度的变化量代入辐射计定标方程进行修正，即可获得被测量场景的天线温度。 

一种基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计，包括狄克输入开关，狄克输入开关的第一端依次连接射频和中频放大电路、平方率检波器、低频放大器、同步检波器、低通滤波器和数据采集处理模块；狄克输入开关的第二端在开关信号发生器的驱动下在参考负载和天线之间切换；在参考负载上设有测温电路，测温电路连接数据采集处理模块；定标时刻，天线温度T_a1和T_a2对应的低通滤波器的输出电压V_a1和V_a2传送给数据采集处理模块，测温电路将检测的参考负载的物理温度T_e1传送给数据采集处理模块；测量时刻，低通滤波电路将测量时刻的电压信号V_a传送给数据采集处理模块，同时测温电路将测量时刻检测的参考负载的物理温度T_e2传送给数据采集处理模块，数据采集处理模块计算被测场景的天线温度  $T_a=\frac{T_{a1}-T_{a2}}{V_{a1}-V_{a2}}(V_a-V_{a1})+T_{a1}+{\mathrm{\ΔT}}_e,$ ΔT_e＝T_e2-T_e1。 

进一步地，所述参考负载采用带有温度实时监测电路的匹配负载。 

本发明的技术效果体现在： 

本发明狄克辐射计无需对参考负载进行恒温，只需要采用测温电路实 时监控参考负载温度的变化，并将监控得到的温度变化量通过特定算法代入辐射计定标方程进行修正，即可获得被测量场景的天线温度。由于恒温电路的结构通常比较复杂，而且恒温精度很难优于测量精度，因此，基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计不仅简化了微波狄克辐射计的结构，而且提高了测量精度。 

附图说明

图1为基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计系统框图。 

图2为天线温度的修正算法流程图。 

图3为带温度监测电路的参考负载图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。 

参见图1和图2，由于微波辐射计是一线性系统，故可以利用两个已知的亮度温度T_a1和T_a2，并测出辐射计输出电压V_a1和V_a2来对辐射计进行定标，并最终求出定标方程为： 

$T_a=\frac{T_{a1}-T_{a2}}{V_{a1}-V_{a2}}(V_a-V_{a1})+T_{a1}---\left(1\right)$

上式中，T_a为被测场景的天线温度，V_a为被测场景对应的辐射计输出电压。 

在开关信号发生器发出的方波的控制下，狄克(dicke)开关以频率f_s将接收机交替地与天线和参考负载接通，因此接收机在某半个周期内接收来自参考负载的热噪声信号，而在另外的半个周期内接收来自天线的场景热噪声信号，这意味着接收机的输入信号受到输入开关的调制，以保证在一个开关周期内系统的增益基本不变并完成一次测量；此外，同步检波器也在开关信号发生器的控制下，以频率f_s对低频放大器输出信号进行同步检 波，其输出电压信号V_a经低通滤波后送入采集电路，将该电压V_a代入公式(1)可以得到T_a；与此同时，测温电路测量的输出电压也送入采集电路后可以得到参考负载的物理温度。本发明示例了一种简单的测温电路结构，如图3所示，该测温电路包括串接的测温芯片和电阻，测温芯片与电阻的相接处连接低通滤波器。测温芯片的电流会随着温度变化而变化，与测温芯片串接的电阻的电压也随之产生变化，通过监测电阻的电压变化即可获取芯片附近的物理温度即参考负载的物理温度。以测温芯片AD590为例，当AD590输出电流通过1K欧姆电阻时，温度每升高1K，AD590的电流就增加1uA，这个电阻的压降为1mV，所以1K欧姆电阻两端压降的毫伏数就是以K为单位的物理温度，因而可以进一步计算得到辐射计进行场景测量时与辐射计定标时参考负载的物理温度波动ΔT_e。可以证明，由于参考负载的物理温度的变化，经过修正后最终计算得到的场景的亮度温度为： 

$T_a=\frac{T_{a1}-T_{a2}}{V_{a1}-V_{a2}}(V_a-V_{a1})+T_{a1}+{\mathrm{\ΔT}}_e---\left(2\right)$

在图3中，测温负载和测温芯片例如AD590都封装在保温材料中，并保证二者接触，使得测温芯片最终获得的温度是测温负载的物理温度。测温芯片AD590将物理温度的转换成电压信号并送到采集电路以供后续处理。 

Claims (2)

1.一种基于参考负载温度实时监测的微波狄克辐射计，包括狄克输入开关，狄克输入开关的第一端依次连接射频和中频放大电路、平方律检波器、低频放大器、同步检波器、低通滤波器和数据采集处理模块；狄克输入开关的第二端在开关信号发生器的驱动下在参考负载和天线之间切换；在参考负载上设有测温电路，测温电路连接数据采集处理模块；定标时刻，天线温度T_a1和T_a2对应的低通滤波器的输出电压V_a1和V_a2传送给数据采集处理模块，测温电路将检测的参考负载的物理温度T_e1传送给数据采集处理模块；测量时刻，低通滤波电路将测量时刻的电压信号V_a传送给数据采集处理模块，同时测温电路将测量时刻检测的参考负载的物理温度T_e2传送给数据采集处理模块，数据采集处理模块计算被测场景的天线温度 $T_a=\frac{T_{a1}-T_{a2}}{V_{a1}-V_{a2}}(V_a-V_{a1})+T_{a1}+{\mathrm{\ΔT}}_e,$ ΔT_e＝T_e2-T_e1。

2.根据权利要求1所述的参考负载，其特征在于，所述参考负载采用带有温度实时监测电路的匹配负载。