RU17083U1 - Модуляционный радиополяриметр - Google Patents

Abstract

Модуляционный радиополяриметр, который состоит из эталонной нагрузки (ЭН), генератора опорных сигналов (ГОН) и двух идентичных каналов (канал 1 и канал 2), причем канал 1 содержит: последовательно соединенные первый модулятор (М1), первую СВЧ-часть (ВЧ1), первый квадратичный детектор (КД1), первый видеоусилитель (ВУ1), первый фазовый детектор (ФД1), первый усилитель постоянного тока и интегратор (И1), а канал 2 содержит: последовательно соединенные второй модулятор (М2), вторую СВЧ-часть (ВЧ2), второй квадратичный детектор (КД2), второй видеоусилитель (ВУ2), второй фазовый детектор (ФД2), второй усилитель постоянного тока и интегратор (И2), при этом первый вход М1 является информационным входом канала 1, второй вход М1 - входом опорного сигнала канала 1, первый вход М2 является информационным входом канала 2, второй вход М2 - входом опорного сигнала канала 2, причем выходы ЭН соединены с входами опорных сигналов М1 и М2, а выходы ГОН - с управляющими входами М1, М2, ФД1 и ФД2, отличающийся тем, что в канал 1 вводится первый ключ (Кл1), вход которого соединен с выходом ВЧ1, а управляющий вход подключен к ГОН, и первый сумматор (С1), первый неинвертирующий вход которого подключен к выходу И1, а в канал 2 вводится второй ключ (Кл2), вход которого соединен с выходом ВЧ2, а управляющий вход подключен к ГОН, и второй сумматор (С2), первый неинвертирующий вход которого подключен к И2, а также последовательно соединенные антенна (А) и поляризационный разделитель (ПР), выходы которого соединяются с информационными входами канала 1 и канала 2, последовательно соединенные перемножитель (П), входы которого соединены с выходами Кл1 и Кл2, и третий усилитель постоянного то�

Description

МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОПОЛЯРИМБТР

Полезная модель относится к области радаолокации и может быть использована, например, при проведении радиометеорологических измерений.

Известен двухполяризационный радиометр Фалин В.В. Радиометрические системы СВЧ. - М.: . - 440 с.(Рис.5.12, сгр.249), состояпщй из рефлектора, приемного рупора, ортомодного делителя, два выхода которого соединены с входами двух идентичных каналов, каждый из которых состоит из смесителя с УПЧ, первого аттенюатора, УПЧ, регулируемого аттенюатора, второго аттенюатора, детектора с усилителем и интегратора, причем выходы каналов подключаются к аналого-цифровому и микропропессорному устройству, а также генератора Ганна, ферритового вентиля, делителя и устройства калибровки, в которое входят источник эталонного сигнала, модо лятор и антенна калибратора. Однако данное устройство достаточно сложно, а точность измерения поляризационных компонент таким поляриметром ограничена кроссполяризационными искажениями, которые могут достигать -3% (-15 дБ) Цейтлин Н.М. Антенная техника в радиоастрономии. М., «Сов. радио, 1976,352 с. (Стр. 94).

Известен двухканальный модуляционный радиометр Богородский В.В., Кан ейкин Д.Б., Козлов А.И., Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. -Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 279с. (Рис. 426, Стр. 186), состоящий из двух идентичных каналов, в каждый из которых входят неподвижный рупор, цир1дУ1ятор, СВЧ-часть, квадратичный детектор, а также общие для обоих каналов эталонную нагрузку и

2000109829

liljiillllllilHItljini

МКИ G01R29/08

о пол5физации принимаемой электромагнитной волны. Однако наличие двух антенн затрудняет использование радиометра

Известен двухканальный модуляционный радцометр (фиг. 1) Богородский В.В., Канарейкин Д.Б., Козлов АИ., Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. -Л.: Гидрометеоиздат, 1981. -279с. (Рис. 42а, Стр. 186), сосгоящий из вращающейся антенны (А), соединенной с первым входом направленного отвегвитепя (НО), выхода которого подсоединены к информационным входам двух идентичных каналов ( 1, Канал 2), каждый из которых состоит из поспедователыю соединенных цир1оглятора, выполняющето роль модулятора (Ml, М2), СВЧ-части (ВЧ1, ВЧ2), квадратичного детекгора (КД1, КД2), видеоусилителя (ВУ1, ВУ2), фазового детектора (ФД1, ФД2), усилителя постоянного тока и интегратора (И1, И2), выходы которых являются выходами радиометров, а также эталонной нагрузки (ЭН), подключенной ко вторым входам направленного ответвителя и циркуляторов, и генератор опорного напряжения управляющие сигналы с которого поступают на управляющие входа цир10лягоров и фазовых детекторов. Однако антенная система данного устройства является достаточно сложной.

Как видно из структурной схемы прототипа, устройство состоит из антенны, поляризационного расщепителя (ПР) и двух каналов, причем каждый из каналов представляет из себя модуляционный радиометр. Поляризационный расщепитель, функции которого вьшолняет крестообразный направленный ответвитель, разделяет сигналы ортогональных по.шфизащш. Развязка между каналами является неидеальной, что обусловлено 1фоссполяризационными искажениями в антоЕшой системе и паразитными связями в ПР, и оценивается коэффициентами пд едачи ki2 и k2i, показывающими степень проникновения полезного сигнала первого канала во второй и полезного сигнала второго канала в первый соответствешю. Модуляционные радиометры имеют исгочники эталонных сигналов с шумовыми темп)атурами и которые в данном случае одинаковы.

Для определенносш рассмотрим характеристики одного из каналов. В реасиме калибровки модуляггор отключает канал от ноляризационного расщепителя и подключает к тисгочшхку эталонного сигнала. Это позволяет записать напряжение на выходе интегратора в виде:

4i j( + 4.) 4i+4 Гэ1 + т.(1)

о Во время измерений на выходе радиочастотного тракта имеем сигнал:

У an ofi + (2)

который приводит к появлению на выходе интегратора напряжения:

tai tHi 1-()

Посколы(у сигнал имеет rayccoBciQTO плотность распределения, то можно записать:

- )

где г - коэффициент корреляции сяпналов S и S (О г 1). Таким образом в результате измер шя получаем:

tHl 1 + 2 lV 1 ()

а с учетом калибровки имеем:

УШ +2 1ЛЙЛ2-(6)

Добавочное слагаемое в (6) характеризует дополнительную погрешность измерения. Она состоит из постоянной сосгавляюшей, которая вызывает смещение в оценке величину:

и флушуационной компоненты, снижающей чувствительность радиометра. Относительное смещение оценки температуры 2(i определиться из (7):

Д fc2 -- f

. + 2,.г ±.(9)

Для иллюстрации полбенных соотнощений проведем количественные расчеты для типичных ситуаций наблюдения мегеообьектов.

Предполагая, что эквивалентные пгумовые температуры сигаалов ортогональных поляризаций приблизительно равны а кроссполяризационные искажения в антенне составляют -3% ( -15 дБ), т.е.

12 21 ООЗ Д™ наи: дшего сигнала измерзши (г 1) имеем 6%.

Таким образом ошибка, вызванная эффектами 1фосс11оляризации в элементах устройсгва, завьппает истинное значение измеряемой величины.

Цель изобретения является повьппение точности измерения поляризационных компонент принимаемого электромагнитного излз чения.

Посгавленная цель достигается тем, что в известный двухканальный модуляционный радиометр, который состоит из эталонной нагрузки (ЭН) 1, генератора опорных сигналов (ГОН) 2 и двух идентичных каналов (Канал 1 и Канал 2), причем Канал содержит: последовательно соединенные первый модулятор (Ml) 3, функции которого выполняет цир1д лятор, первую СВЧ-часгь (ВЧ1) 4, первый квадратичный дегекгор (КД1) 5, первый видеоусилитель (ВУ1) 6, первый фазовый детектор (ФД1) 7, первый усилитель постоянного тока и интегратор (И1) 8, а Кш1ал 2 содержит: последовательно соединенные второй модулятор (М2) 9, вторую СВЧ-часгь (ВЧ2) 10, второй квадратичный детектор (КД2) 11, второй видеоусилитель ВУ2 (12), второй фазовый детектор ФД2 (13), второй усилитель постоянного тока и интегратор Ш2 14; при этом первый вход первого модулятора 3 является информационным входом Канала, второй вход - входом опорного сигаала а выход усилитель постоянного тока и инт ратор 8 - выходом, а первый вход второго модулятора 9 является информационным входом Канала2, второй вход входом опорного сигнала, а выход усилитель постоянного тока и интегратор 14 - выходом Канала2, причем выходы эталонной нагрузки 1 соединены с входами опорных сигналов nq)Boro 3 и второго 9 модулеторов, а выходы генератора опорных сигналов 2 с управляющими входами модуляторов 3 и 9 и фазовых детекторов 7 и 13, вводятся в Канал ключ (Кл) 5 и первый сумматор (С) б, а в Канал2 - второй ключ (Kji2) 7 и второй сумматор (С2) 18, а также последовательно соединенные антенна (А) 19 и поляризационный разделитель (ПР) 20, выходы которого соединяются с информационными входами первого 3 и второго 9 модуляторов, перемножитель (П) 21 и третий усилитель постоянного тока и интегратор (ИЗ) 22, причем вход первого ключа 15 соединен с выходом первой СВЧ-части 4, вход второго ключа 17 соединен с выходом второй СВЧ-части 10, а их выходы с входами перемножителя 21, выход которого подключен ко входу третьего усилителя постоянного тока и интегратора 22, при этом управляющие входа первого 15 и второго 17 ключей подключшпл к генератору опорных сигналов 2, причем первый неинвертирующий вход первого сумматора 16 подключен к выходу первого усилителя постоянного тока и интегратора 8, второй неинвертирующие вход первого сумматора 16 подключен к выходу второго сумматора 18, инвертирующие вход первого сумматора 16 подключен к выходу третьего усилителя постоянного тока и интегратора 22, а первый неинвертирующие вход второго QOiOiiaTOpa 18 подключен к выходу второго усилителя постоянного тока и интетратора 14, второй неинвертирующие вход второго сумматора 18 подключен к выходу первого сумматора

15, второй неинвертирующий вход второго сумматора 18 подключен к выходу третьего усилителя постоянного тока и интегратора 22.

На фиг. 1 изображена блок-схема двухканального модуляционного радиометра (прототип); на фиг.2 блок-схема схема предлагаемого модуляционного радиополяриметра; на фиг. 3 временные диаграммы работы модуляционного радиополяриметра.

Предлагаемое устройство работает сяедзующим образом. Сигнал с произвольной поляризацией, принимаемый А 19, поступает на ПР 20, где разделяется на две ортогональные составляющие, каждая из которых далее поступает в один из каналов обработки. Каждый из каналов представляет собой модуляционный радиометр. В канале на интервале времени 0-г-Тм/2 Ml 3 под действием управляющего сигнала, поступающего с ГОН 2, пропускает через себя сигнал с ЭН 1, который проходит последовательно через ВЧ1 4, КД1 5, ВУ1 6, ФД1 7, имеющего в данном интервале времени коэффициент передачи равный - kфд, и поступает на И1 8. В интервале времени

Тм/2-«-Тм Ml 3 пропускает через себя сигнал с ПР 20, который также проходит последовательно через ВЧ1 4, КД1 5, ВУ1 6, ФД1 7, имеющего в данном интервале времени коэффициент передачи равный + Аг, и поступает

на И1 8. В И1 8 происходит усреднзаие этих двух сигналов, в результате чего на его выходе появляется сигнал Топ ( ) Д i эквивалоггаая шумовая температура А 19 на одной из ортогональных поляризаций, Т эквивалентная шумовая ЭН I, k - коэффици пропорциональности. Часть этого сигнала (- JfcT) компенсируется , как правило, на выходе интеграторов с помощью высокостабильных источников постоянного тока. Тогда , а с учетом наличия кроссполяризационных эффектов на выходе

в канале2 в интервале времени 0-{-Тм/2 М2 9 под действием управляющего сшиала, послупающего с ГОН 2, пропускает себя сигнал с ЭН 1, который проходит последовательно через ВЧ2 10, КД2 11, ВУ2 12, ФД2 13, имеющего в данном времени коэффициент передачи равный -kфд, и поступает на И2 14. В интервале времош М2 9

пропускает через себя сишал с ПР 20, который также проходит последовательно ВЧ2 10, КД2 11, ВУ2 12, ФД2 13, имеющего в данном интервале времени коэффициент передачи равный +Аг, и поспупает на И2 14. В И2

14 происходит усредните этих двух сигналов, в результате чего на его выходе появляется сзягаал () nie Т - эквивалентная температура А 19 на другой, ортогональной поляризации. После компенсации составляющей (- АгГз), 2 с учетом наличия 1фоссполяризационных эффектов на выходе И2 14 присутствует сигнал tff 2 ( + L Ai+2Д:12Г ВД Г).

Одновременно с выходов ВЧ1 4и ВЧ2 10 соответственно через Кл1 15 и Кл2 17, которые открыты под воздействием управляющих сигналов, поступающих с ГОН 2, в период времени Тм/2-ьТм, подают сигналы на первый и второй входа П 21. Сигнал с П 21 поступает на ИЗ 22, на выходе которого формируется сигнал ) + 2Л2 где k,коэффшщент пропорциональности, который затем поступает на инвертирующие входа С1 16 и С2 18. В результате вычитания из сигнала 7 сигнал канале получим

УЛ (lUl +2A2irVlUir 2) + ) + (Ю)

Если при этом коэффициент k , то

F 7 I 1-1 .2-, хцч

l T l- l -Ulklj (11)

Для компенсации второго слагаемого в (11) с выхода С2 18 на второй неинвертируюпщй вход С1 16 подается выходной сигнал второго канала с

весовым коэффициентом 2i- Выходной сигнал первого канала на выходе С1 16 будет иметь значение

V .(./10

1т Аналогично выходной сигнал канала2 на выходе С2 18 будет иметь значение

V .( „,f,

2-Чи 12 21/

Как показывают выражения (12) и (13) выходщые сигналы первого и второго каналов становятся независимыми от {фоссполяризационных составляющих, описываемых выражением (7).

Таким образом повышение точности измерения поляризационных компонент принимаемого электромагнитного излучения в предлагаемом модуляционном радиополяримегре осуществляется путем выделения кроссполяризационной составляющей для последующей компенсации ее составляющей в измерительных каналах.

Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что в нем применены типовые блоки, выполненные по пшроко известным схемам:

- реализация элементов устройства ЭН 1, ГОН 2, Ml 3, ВЧ1 4, КД1 5, ВУ1 6, ФД1 7, И1 8, М2 9, ВЧ2 10, КД2 11, ВУ2 12, ФД2 13, И2 14 аналогична реализации их в устройстве прототипа Управляющие сигналы на

1 + «i2rt21

Д +

полнительных выводах у ГОН 2, управляющие работой Кл1 15 и Kn2 17, по форме аналогичны сигналам с других выводов и могут отличаться только амплитудой, что не вызывает затруднений в ето реализации.

-реализация элементов устройства А 19 и ПР 20 может быть взаимствованна в радиополяриметре, описанном в Богородский В.В., Кан зейкин Д.Б., Козлов А.И., Поляризация рассеянного и собственного радиоизл ения земных покровов. -Л.: Гидрометеоиздат, 1981. -279с. рис. 43.

-в качестве перемножителя 19 можно использовать аналоговые перемножители сигналов, описанные, например, в Горошков Б.И. Элементы ради(хэлектрош1ых устройств: Справочник- М.: Радио и связь, 1988.-176 с.: ил.- (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1125) на сгр. 160.

-в качестве сумматоров 21 и 22 можно использовать, например, параллельный сумматор, описанный в Алексеенко АГ., Коломбет Б.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. - М.: Радио и связь, 1981.-224 с. на сгр. 77.

Claims (1)

1. Модуляционный радиополяриметр, который состоит из эталонной нагрузки (ЭН), генератора опорных сигналов (ГОН) и двух идентичных каналов (канал 1 и канал 2), причем канал 1 содержит: последовательно соединенные первый модулятор (М1), первую СВЧ-часть (ВЧ1), первый квадратичный детектор (КД1), первый видеоусилитель (ВУ1), первый фазовый детектор (ФД1), первый усилитель постоянного тока и интегратор (И1), а канал 2 содержит: последовательно соединенные второй модулятор (М2), вторую СВЧ-часть (ВЧ2), второй квадратичный детектор (КД2), второй видеоусилитель (ВУ2), второй фазовый детектор (ФД2), второй усилитель постоянного тока и интегратор (И2), при этом первый вход М1 является информационным входом канала 1, второй вход М1 - входом опорного сигнала канала 1, первый вход М2 является информационным входом канала 2, второй вход М2 - входом опорного сигнала канала 2, причем выходы ЭН соединены с входами опорных сигналов М1 и М2, а выходы ГОН - с управляющими входами М1, М2, ФД1 и ФД2, отличающийся тем, что в канал 1 вводится первый ключ (Кл1), вход которого соединен с выходом ВЧ1, а управляющий вход подключен к ГОН, и первый сумматор (С1), первый неинвертирующий вход которого подключен к выходу И1, а в канал 2 вводится второй ключ (Кл2), вход которого соединен с выходом ВЧ2, а управляющий вход подключен к ГОН, и второй сумматор (С2), первый неинвертирующий вход которого подключен к И2, а также последовательно соединенные антенна (А) и поляризационный разделитель (ПР), выходы которого соединяются с информационными входами канала 1 и канала 2, последовательно соединенные перемножитель (П), входы которого соединены с выходами Кл1 и Кл2, и третий усилитель постоянного тока и интегратор (И3), выход которого соединен с инвертирующими входами С1 и С2, причем второй неинвертирующий вход С1 подключен к выходу С2, а второй неинвертирующий вход С2 подключен к выходу С1, при этом выходы С1 и С2 являются выходами канала 1 и канала 2 соответственно.