UA56347C2 - Багатопроменевий скануючий нвч-радіометр - Google Patents

Abstract

Багатопроменевий скануючий НВЧ-радіометр містить антену, перший та другий перемикачі, смуговий фільтр, підсилювач високої частоти, перший змішувач, підсилювач проміжної частоти, перший гетеродин. М-канальний подільник потужності, М (M1) каналів обробки, кожний з яких містить другий змішувач, смуговий підсилювач, квадратичний детектор, фільтр низьких частот та підсилювач постійного струму, М-канальний аналого-цифровий перетворювач-накопичувач даних, другий перемикач, перший та другий еталони випромінювання, блок керування антеною, блок керування каналами обробки, блок других гетеродинів, багатоканальний вимірник температури та обчислювач. В процесі роботи, за рахунок дисперсійних властивостей антени, формується М променів, в результаті чого при скануванні водночас формується М рядків зображення; при цьому обробка сигналів проводиться в М каналах, кожний з яких розроблений за схемою радіометра "повної потужності" з періодичним калібруванням. Системи керування та обробки даних забезпечують лінійне електромеханічне сканування з мінімальними витратами часу на повернення променів в початкове положення, а також оперативну циклічну калібровку системи по сигналах двох еталонних випромінювачів з приведенням виміряних значень інтенсивності НВЧ-випромінювання до шкали абсолютних температур.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до приладів дистанційного зондування, а саме до надвисокочастотних (НВЧ) 2 радіометричних приладів дистанційного зондування, і може бути використаний для отримання інформації щодо параметрів поверхні та атмосфери Землі.

У нинішній час в дистанційних дослідженнях природного середовища великий розвиток отримали надвисокочастотні радіометричні засоби, до основи яких покладена залежність між інтенсивністю власного радіотеплового випромінювання природних об'єктів та їхніми фізико-хімічними параметрами. При 10. НВчУ-радіометричних спостереженнях природного середовища первинною задачею є точне вимірювання й реєстрація просторового розподілу інтенсивності радіотеплового випромінювання, яке характеризується радіояскравою температурою Т 4. Вимоги до абсолютної точності вимірів ТА достатньо високі: для ефективного використання даних радіометричного зондування абсолютна точність вимірів Т я повинна бути менш ніж один градус (1Ї1. Для оглядових радіометричних систем встановлюваних на літальних апаратах цей показник у 72 нинішній час знаходиться на рівні 2-5 градусів, при цьому поряд з помилками пов'язаними з абсолютною похибкою калібрувальних джерел випромінювання, що використаються, чималий вплив на остаточну точність вимірів справляє також і флуктуаційна похибка, яка пов'язана із чутливістю радіометричної системи. У зв'язку з цим, задачі підвищення абсолютної точності та чутливості НВЧ-радіометричних систем є актуальними.

Для інтерпретації даних одержуваних з виходу радіометричної системи вона повинна бути прокалібрована, тобто певним значенням інтенсивності сприйманого антеною радіотеплового випромінювання повинні бути поставлені у відповідність значення вихідних параметрів системи. В процесі експлуатації калібрувальна залежність, що зв'язує вхідні та вихідні параметри системи, під впливом різноманітних чинників може змінюватися, у зв'язку з чим вимагається оперативне проведення циклів калібрування безпосередньо у процесі роботи. с

Відомий ряд технічних рішень для скануючих радіометричних систем з лінійним законом сканування, Ге) наприклад скануючий спектрометр ЗСАМЗ ШСЗ "Мітрив-6" (США) |2), який складається з 5 частотних каналів-радіометрів, кожний з яких складається з послідовно з'єднаних антени та блоку перетворення сигналу, а також спільних для них скануючого приладу, еталонів випромінювання та блоку управління й обробки, перші п'ять входів якого з'єднані, відповідно, з п'ятьма інформаційними виходами блоків перетворення сигналу, а - шостий вхід та перший керуючий вихід якого з'єднані, відповідно, із виходом та керуючим входом приладу «Її сканування.

Перевагою цього спектрометра є наявність циклічного крізного калібрування по зовнішнім еталонам о випромінювання, яке охоплює увесь приймальний перетворюючий тракт, розпочинаючи від антени й закінчуючи («о виходом, що підвищує точність виміру радіо яскравої температури випромінювання Т А. При цьому в якості холодного еталона випромінювання використовується випромінювання відкритого космосу, а в якості "гарячого" о еталона - випромінювання розподіленого надвисокочастотного навантаження, що перекриває апертуру антени.

Недоліком цього спектрометра є механічний принцип сканування, при круговому обертанні дзеркала антени, що ускладнює реалізацію радіометричної системи при високій спрямованості антени (вирішальній здатності у « просторі): для цього потребується отримання високої частоти обертання дзеркала, при його значних розмірах та З 70 масі, і забезпечення високої флуктуаційної чутливості радіометричної системи при відносно малій тривалості с робочої частини циклу сканування (малому терміні накопичування сигналу). Збільшення розмірів антени також

Із» призводить до додаткової погрішності калібрування по "гарячому" еталонному джерелу випромінювання завдяки неточного визначення ефективної температури останнього при великих розмірах його апертури. Іншим недоліком відомого спектрометра є неможливість використання калібрування по "холодному" випромінюванню космосу при проведенні вимірів з літального апарату у нижніх шарах атмосфери (наприклад, з літака), а також і-й складність забезпечення прийнятної точності калібрування по розподіленим еталонним джерелам в умовах

Ге») земної атмосфери, зважаючи на наявність чималих конвекційних потоків та пов'язану з ними нестабільність температури поверхні еталону, що випромінює, при суттєвій відміні температур еталону та навколишнього о простору. Усі ці недоліки ускладнюють реалізацію скануючих радіометричних систем цього типу при необхідності «їз» 20 одночасного задоволення вимог високого просторового вирішення і флуктуаційної чутливості та малої абсолютної похибки вимірів ТУ. тм З відомих скануючих радіометрів найбільш близьким щодо технічній суті (прототипом) є скануючий радіометр для дистанційного зондування |З), що містить послідовно з'єднані скануючу антену та перший циркулятор, послідовно з'єднані підсилювач високої частоти, змішувач і підсилювач проміжної частоти, гетеродин, вихід 25 якого підключений до другого входу змішувача, перший перемикач, який підключений до другого входу першого

ГФ) циркулятора, послідовно з'єднані перше узгоджене навантаження, другий перемикач та другий циркулятор, вихід юю другого циркулятора підключений до входу першого перемикача, друге узгоджене навантаження, яке підключено до другого входу другого циркулятора, а також обчислювач, квадратичний детектор, відеопідсилювач, фільтр високої частоти, блок управління, перший та другий генератори опорної напруги, перший та другий керовані 60 ключі, перший та другий синхронні детектори, перший та другий фільтри низьких частот, перший та другий підсилювачі постійного струму, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий датчики температури, перший та другий комутатори, перетворювач струм-напруга, аналого-дцифровий перетворювач та цифро-аналоговий перетворювач.

Перевагою цього скануючого радіометра є безперервне калібрування приймального підсилюючого тракту за бо допомогою високоточних пасивних еталонів випромінювання, результатом чого є обчислення значень радіояскравої температури випромінювання в одиницях шкали абсолютних температур. Іншим достоїнством радіометра є використання електромеханічного принципу сканування, що дозволило підвищити швидкість сканування, знизити непродуктивні витрати часу, збільшити тривалість інтервалу вимірів і, завдяки цьому, підвищити флуктуаційну чутливість.

Однак відомий радіометр має і ряд недоліків.

До першого з них можна віднести відомі обмеження по досяжному рівню флуктуаційної чутливості в режимі формування зображень при використанні однопроменевої антени. В випадку, коли параметри польоту фіксовані, при підвищенні вимог до просторового вирішення радіометричної системи необхідно зменшувати ширину 70 діаграми спрямованості антени і, як наслідок, відповідно збільшувати частоту сканування. Збільшення лінійної швидкості руху променю у межах робочого сектора сканування призводить до зменшення часу спостереження одиничного елементу зображення і, як слідство, до підвищення флуктуаційної помилки радіометричних вимірювань. Таким чином, використання однопроменевої діаграми спрямованості антени накладає обмеження на зростання просторового дозволу і флуктуаційної чутливості, що зумовлює похибки вимірів для радіотеплових 7/5 полів за рахунок менш детального відтворення їхніх просторових особливостей із-за внесених похибок і шумів.

В якості другого недоліку прототипу можна відзначити використання модуляційних принципів обробки сигналів, що приймаються системою. Як відомо, обробка сигналів на частоті модуляції дозволяє знизити вклад в вихідний відгук системи інтенсивних низькочастотних складових власних шумів. Разом з тим, для модуляційної схеми обробки зменшується час, який відводиться на прийом зовнішнього випромінювання, що теоретично не дозволяє реалізувати більш високі показники по чутливості, у порівнянні з іншими схемами радіометрів.

Третім недоліком прототипу є використання двох частот модуляції і, відповідно, двох каналів обробки сигналів. Ця особливість є додатковим джерелам систематичної похибки, оскільки сигнали, що приймаються антенною і що надходять від калібрувальних джерел, обробляються в різних каналах, при цьому в ході роботи можливо відхилення коефіцієнтів передачі каналів від заданих значень, постійність яких є одною з головних сч г умов правильного приведення вихідних показань до шкали температур. Окрім цього, проведення калібрувальних вимірів на інтервалі 0,5 періоду основної частоти модуляції еквівалентне зниженню в 2 рази калібрувального і) перепаду між еталонами, що також знижує абсолютну точність вимірів.

Означені чинники ускладнюють реалізацію скануючого радіометра при підвищених вимогах до просторового дозволу, флуктуаційної чутливості і абсолютної точності, що подаються при вимірі просторових характеристик М зо радіотеплових полів в процесі дистанційного зондування.

В основу винаходу покладена задача підвищення флуктуаційної чутливості і абсолютної точності скануючого - радіометра при формуванні радіотеплових зображень шляхом зниження ефективної шумової температури с системи, збільшення часу спостереження одиничного елементу зображення при фіксованих параметрах зйомки, а також оптимізації процедури абсолютного калібрування за рахунок проведення останньої в умовах ісе)

Зз5 Максимально близьких до режиму вимірів зовнішнього випромінювання. ю

Поставлена технічна задача реалізується за рахунок того, що до складу багатопроменевого скануючого радіометра, що містить скануючи антену, перший і другій перемикачі, послідовно з'єднані підсилювач високої частоти, перший змішувач і підсилювач проміжної частоти, а також перший гетеродин, перший і другій еталони випромінювання, блок управління антенною і обчислювач, при цьому вихід ані єни підключений до першого « входу першого перемикача, перший гетеродин підключений до другого входу першого змішувача, виходи 7-3) с першого і другого еталонів підключені, відповідно, до першого і другого входів другого перемикача, вихід якого підключений до другого входу першого перемикача, вхід і вихід блоку управління антенною підключені, з відповідно, до керуючих виходу і входу антени, додатково введені смуговий фільтр, М-канальний (М»21) дільник потужності. М каналів обробки. М-канальний аналого-дифровий перетворювач-накопичувач даних (АЦП-НД), блок управління каналами обробки, блок других гетеродинів і багатоканальний вимірник температури, причому сл кожний з М каналів обробки містить послідовно з'єднані другий змішувач, смуговий підсилювач, квадратичний детектор, фільтр низьких частот і підсилювач постійного струму, при цьому смуговий фільтр увімкнений між іа виходом першого перемикача і входом підсилювача високої частоти, вхід М-канального дільника потужності

Ге) підключений до виходу підсилювача проміжної частоти, а М його виходів підключені, відповідно, до М перших входів других змішувачів в М каналах обробки, М входів М-канального АЦП-НД підключені, відповідно, до М ть виходів підсилювачів постійного струму в М каналах обробки, М перших виходів блоку управління каналами "І обробки підключені, відповідно, до М перших керуючих входів підсилювачів постійного струму в М каналах обробки, М других виходів блоку управління каналами обробки підключені, відповідно, до М других керуючих входів підсилювачів постійного струму в М каналах обробки, М виходів блоку других гетеродинів підключені,

Відповідно, до М других входів других змішувачів в М каналах обробки, перший, другій, третій і четвертий керуючі виходи блоку управління антенною підключені до керуючих входів, відповідно, першого перемикача, іФ) другого перемикача, АЦП-НД і обчислювача, причому порти послідовного інтерфейсу обчислювача, блоку ко управління антенною і багатоканального вимірника температури з'єднані між собою шиною послідовного інтерфейсу, а порти паралельного інтерфейсу обчислювача, АЦП-НД і блоку управління каналами обробки бо з'єднані між собою шиною паралельного інтерфейсу.

Скануюча антена багатопроменевого скануючого радіометра в цьому випадку може бути виконана на основі відомого технічного рішення, наприклад, |4), і містити планарний діелектричний хвилевід, дифракційну решітку у вигляді диску розміщеного під діелектричним хвилеводом та встановленого на вихідний осі обертання електромеханічного привода, а також параболічний рефлектор, рупорний випромінювач-перехід від планарного 65 діелектричного хвилеводу до порожнього металевого хвилеводу та датчик положення диску, при цьому вихід рупорного випромінювача-переходу є виходом антени, а вхід електромеханічного привода і вихід датчика положення диску є, відповідно, керуючими входом і виходом антени.

Таке технічне рішення багатопроменевого скануючого радіометра дозволяє підвищити флуктуаційну чутливість та абсолютну точність радіометричних вимірювань при дистанційному зондуванні за рахунок

Виконання наступних чинників: 1. У скануючої антени формується М незалежних променів діаграми спрямованості у площині, яка ортогональна площині сканування, в результаті чого за один цикл сканування формується М рядків зображення.

При цьому, за умов заданої швидкості носію, у порівнянні з однопроменевим режимом сканування в М раз збільшується час, який відводиться на спостереження одиничного елементу зображення; при збільшенні часу /о накопичування в М разів чутливість системи збільшується в М разів(в (м разів зменшується флуктуаційна помилка вимірів). 2. Система здійснюється на основі багатоканальної схеми, причому для кожного з каналів реалізується схема радіометра "повної потужності" з незалежним калібруванням кожного з каналів на інтервалі циклу сканування

ІБЇ, У результаті чого приблизно в 2 рази, у порівнянні з модуляційною схемою вимірів, збільшується час 75 спостереження (накопичування сигналу) для кожного з елементів зображення. При достатньо високій частоті калібрування (більш ніж 1Гц) досяжне усунення найбільш інтенсивних низькочастотних складових у спектрі шумів системи, у зв'язку з чим досяжна потенційна чутливість для радіометричного приймача "повної потужності" і чутливість системи додатково збільшується приблизно в 5 разів (в 55 разів зменшується флуктуаційна помилка вимірів).

З. Забезпечується крізне калібрування приймального тракту. У порівнянні зі схемою прототипу зовнішні сигнали, які вимірюються, та внутрішні калібрувальні сигнали проходять обробку майже в ідентичних умовах. В результаті знижуються абсолютні похибки вимірів інтенсивності радіотеплових сигналів. 4. Відзначене вище зниження флуктуаційної помилки призводить і до зменшення абсолютної похибки вимірювань. с

Для пояснення винаходу нижче приводиться конкретний зразок його виконання з посиланням на додані о креслення.

На фіг. 1 зображена структурна електрична схема багатопроменевого скануючого радіометра.

На фіг. 2 схематично зображена скануюча антена.

На фіг. З зображена структурна електрична схема перемикача. -

На фіг. 4 зображена структурна електрична схема М-канального аналого-дифрового перетворювача-накопичувача даних, блоку управління антеною (з обмеженнями) та однокришталевої ЕОМ З багатоканального вимірника температури. Го)

На фіг. 5 зображена структурна електрична схема блоку управління каналами обробки.

На фіг. 6 зображена структурна електрична схема багатоканального вимірника температури. і

На фіг. 7 зображена схема частотних перетворень при роботі багатопроменевого скануючого радіометра. ІС)

На фіг. 8 зображена схема бокового огляду простору багатопроменевим скануючим радіометром.

На фіг. 9 представлений алгоритм роботи М-канального аналого-дифрового перетворювача-накопичувача даних. «

На фіг. 10 представлений алгоритм роботи блоку управління антеною.

На фіг. 11 представлений алгоритм роботи багатоканального цифровою вимірника температури. - с На фіг. 12 представлений алгоритм роботи обчислювача. а Багатопроменевий скануючий радіометр містить (див. фіг. 1) скануючу антену 1, перший перемикач 2, "» смуговий фільтр 3, підсилювач високої частоти 4, перший змішувач 5, підсилювач проміжної частоти 6, перший гетеродин 7, М-канальний (М21) дільник потужності 8, М каналів обробки 9-т (1«5 т «М), кожний з яких містить другий змішувач 10- т, смуговий підсилювач 11- т, квадратичний детектор 12- т, фільтр низьких частої 13- т та 1 підсилювач постійного струму 14- т, М-канальний аналого-дифровий перетворювач-накопичувач даних

Фу (АЦП-НД) 15, другий перемикач 16, перший та другий еталони випромінювання 17 та 18, блок управління антеною 19, блок управління каналами обробки 20, блок других гетеродинів 21, багатоканальний вимірник (95) температури 22 і обчислювач 23. При цьому скануюча антена 1, перший перемикач 2, смуговий фільтр 3, їх 50 підсилювач високої частоти 4, перший змішувач 5, підсилювач проміжної частоти 6, М-канальний дільник потужності 8 з'єднані послідовно, другий змішувач 10- т, смуговий підсилювач 11- т, квадратичний детектор 12- "м т, фільтр низьких частот 13- т, підсилювач постійного струму 14- т в кожному з каналів обробки 9- т з'єднані послідовно і включені між відповідним т- виходом дільника потужності 8 і т-входом АЦП-НД 15, вихід еталону 17 і вихід еталону 18 підключені, відповідно, до першого та другого входів другого перемикача 16, вихід якого підключений до другого входу першого перемикача 2, вихід першого гетеродину 7 підключений до другого входу о першого змішувача 5, вхід і вихід блоку управління антеною 19, підключені, відповідно, до керуючих виходу і входу антени 1, перший, другій, третій та четвертий керуючі виходи блоку управління антеною 19, підключені, іме) до керуючих входів, відповідно, першого перемикача 2, другого перемикача 16, АЦП-НД 15 та обчислювача 23,

М перших виходів блоку управління каналами обробки 20 підключені, відповідно, до М перших керуючих входів 60 підсилювачів постійного струму 14-т в каналах обробки 9-т, М других виходів блоку управління каналами обробки 20 підключені, відповідно, до М других керуючих входів підсилювачів постійного струму 14- т в каналах обробки 9- т, М виходів блоку других гетеродинів 21 підключені, відповідно, до М других входів других змішувачів 10- т в каналах обробки 9- т, при цьому порти послідовного інтерфейсу обчислювача 23, блоку управління антеною 19 і багатоканального вимірника температури 22 з'єднані між собою шиною послідовного 65 інтерфейсу, а порти паралельного інтерфейсу обчислювача 23, АЦП-НД 15 і блоку управління каналами обробки 20 з'єднані між собою шиною паралельного інтерфейсу.

Скануюча антена 1 може бути виконана, наприклад, у відповідності з (44. В цьому випадку вона містить (див. фіг. 2) планарний діелектричний хвилевід 24, параболічний рефлектор 25, випромінювач-перехід 26, дифракційну решітку в вигляді профільованого металевого диску 27, який розташовано поблизу однієї з гран планарного діелектричного хвилеводу 24 і який знаходиться на валу електромеханічного привода 28, виконаного, наприклад, на основі редукованого крокового двигуна, а також датчик положення диску 29. При цьому хвилевідний вихід випромінювача-переходу 26, вхід шини управління привода 28 і вихід датчика положення диску 29 є, відповідно, виходом, керуючим входом і керуючим виходом скануючої антени 1.

Перший і другій перемикачі 2 і 16 можуть бути виконані по будь-якій відомій схемі електричного триплечого 7/0 НВЧ-перемикача. Наприклад, такий перемикач може містити феритовий У-циркулятор 30, магнітне поле в якому формується за допомогою зовнішнього електромагніту З1, при цьому напрямок струму в електромагніті 31, отже і напрямок орієнтації магнітного поля електромагніту 31 і напрямок циркуляції циркулятора ЗО може змінюватися на протилежний за допомогою керованого джерела живлення 32 (див. фіг. 3). При цьому перше, друге і третє плечі У-циркулятора ЗО розглядувані у напрямку циркуляції є, відповідно, першим входом, другим входом і /5 виходом перемикача 2 (16), а керуючий вхід керованого джерела живлення 32 є керуючим входом перемикача 2 (16).

Смуговий фільтр 3, змішувач 5, підсилювач проміжної частоти 6, перший гетеродин 7 можуть бути виконані по будь-яким відомим схемам відповідних високочастотних елементів радіотехнічних систем.

Підсилювач високої частоти 4 може бути виконаний по будь-якій відомій схемі малошумливого смугового

НВЧ-підсилювача, що забезпечує відсутність частотних перетворень спектральних складових при підсиленні сигналу, наприклад, на основі транзисторного підсилювача, невиродженого параметричного підсилювача, лампи бігучої хвилі і т.п..

М-канальний дільник потужності 8 може бути виконаний по будь-якій відомій схемі погодженого високочастотного дільника потужності. При М-24 (д-1, 2,... С), наприклад, М -8, він може бути виконаний по Га

Відомій схемі дільників потужності на два включених каскадом (див., наприклад, (61).

Другий змішувач 10, смуговий підсилювач 11, квадратичний детектор 12, фільтр низьких частот 13 можуть і9) бути виконані по будь-яким відомим схемам відповідних елементів.

Підсилювач постійного струму (ППС) 14 може бути виконаний по будь-якій відомій схемі операційного підсилювача, що забезпечує електронне управління як коефіцієнтом підсилення, так і зміщенням робочої точки рч- підсилювача. Ці функції можуть бути реалізовані, наприклад, за рахунок настанови на вході операційного підсилювача електронних дільників напруги (потенціометрів) на польових транзисторах, або за рахунок М реалізації схеми перемноження сигналів і т.п. (див., наприклад, (7/1). При цьому вхід, вихід, вхід управління со коефіцієнтом підсилення і вхід управління зміщенням робочої точки підсилювача 14 є, відповідно, його входом, виходом, першим і другим керуючими входами. і-й

М-канальний аналого-дифровий перетворювач-накопичувач даних 15 являє собою влаштування, що ою забезпечує аналого-дифрове перетворення М вхідних аналогових сигналів при зовнішньому управлінні кожним циклом з М перетворень. В його функції також входить накопичування цифрових даних в оперативній пам'яті, виконання дій з цими даними, наприклад, цифрове усереднення декількох послідовних відліків отриманих для « кожного з М входів, а також забезпечення керованої передачі або прийому даних шляхом паралельного 0 інтерфейсу. Послідовність команд (програма роботи) АЦП-НД 15 може або постійно знаходиться в його - с внутрішньому постійному запам'ятовуючому пристрої (ПЗП), або передаватися в оперативний запам'ятовуючий ц пристрій (ОЗП) ззовні при його початковій ініціації Таке влаштування може бути виконане або на основі "» відповідного набору функціональних елементів (мікросхем) (див., наприклад, |З, 9)), або на основі одно кришталевої мікро-ЄОМ (ОЕБОМ) |10Ї, що володіє вбудованими функціями багатоканального аналого-дифрового перетворення, внутрішнім ПЗП, внутрішнім ОЗП (або тим, що поширюються), внутрішніми контролерами ос паралельного і послідовного інтерфейсу і т.п.; такими властивостями володіє, наприклад, ОБОМ серії МС5-96 фірми Іпівеї. Спрощена функціональна схема багатоканального АЦП-НД, при його виконанні в вигляді ОБОМ, б подана на фіг. 4. АЦП-НД 15 містить шину адреси/даних до якої підключені центральний процесор 33, контролер оз пам'яті 34, ПЗП 35, ОЗП 36, внутрішній синхрогенератор 37, контролер периферійних приладів 38, АЦП 39, Мультіплексор 40, контролер послідовного порт) 41, контролер паралельного порту 42, програмований таймер е 43, контролер перервань 44. При цьому М вхідних клем внутрішнього мультіплексора 40 ОЕОМ цього типу є М "І входами багатоканального АЦП-НД 15, паралельний порт ОЕБЕОМ є портом паралельного інтерфейсу АЦП-НД 15, а вхід зовнішнього перервання ОБОМ є керуючим входом АЦП-НД 15, Алгоритм роботи АЦП-НД 15 поданий на фіг. 9.

Перший і другий еталони випромінювання 17 і 18 призначені для отримання двох калібрувальних рівнів радіотеплового випромінювання з оцінювальними значеннями інтенсивності, що відрізняються одне від одного. іФ) Еталони 17 і 18 можуть містити, наприклад, еталонне погоджене НВЧ-навантаження термоізольоване від ко наступних елементів тракту за допомогою терморозв'язаного хвилеводу, який конструктивно міститься всередині термоіїзольованого обсягу і нагрівається за допомогою електричного нагрівника, або охолоджується за бо допомогою електричного мікрохолодильника (наприклад, на основі ефекту Пєльтьє) до деякої наперед незаданої (встановлюваної на основі термодинамічної рівноваги з навколишніми елементами) температури. При цьому НВЧ вихід одного з означених приладів є виходом еталону випромінювання 17, а НВЧ вихід другого - виходом еталону випромінювання 18. При розміщенні скануючого радіометра на космічному апараті один з еталонів випромінювання може складатися з антени (наприклад, рупорної) спрямованої в космічний простір, яка 65 забезпечує прийом реліктового випромінювання космосу з радіояскравою температурою біля 3-4 К.

Блок управління антеною 19 по своєму функціональному призначенню є програмованим цифровим автоматом і перевизначений для управління електричним приводом скануючої антени 1, для вироблення керуючих (синхронізуючих) сигналів, а також для інформаційного обміну з іншими елементами скануючого радіометра. При виконанні привода антени 1, наприклад, на основі крокового двигуна блок управління 19 повинен забезпечувати формування імпульсних керуючих сигналів необхідного складу для кожної з фаз живлення двигуна. При цьому він може бути виконаний на основі набору електронних елементів (мікросхем) (див., наприклад, І8,9)), або на основі однокришталевої мікро-БЕОМ (101), наприклад, серії МС5-96 фірми Іпіеї.

В останньому випадку, спрощена структурна схема блоку управління антеною 19 відповідає структурній схемі

АЦП-НД 15 (див. фіг. 4), за винятком функцій багатоканального аналого-дифрового перетворення (елементи 39 і 7/0 40 не використовуються). Оскільки ОБОМ серії МС5-96 забезпечують можливість незалежного управління кожним з розрядів (ліній) паралельного порту, то перша, друга, третя і четверта лінії паралельного порту є, відповідно, першим, другим, третім і четвертим керуючими виходами блоку управління антеною 19, п'ята, шоста, сьома лінії паралельного порту формують вихід блоку управління антеною 19 (для управління, наприклад, чотирифазним кроковим двигуном привода 28), вхід зовнішнього перервання ОЕОМ і її послідовний порт, є, 7/5 Відповідно, входом і послідовним портом блоку управління антеною 19. Алгоритм роботи блоку управління антени 19 наведений на фіг. 10.

Блок управління каналами обробки 20 є контролером, що забезпечує перетворення набору цифрових керуючих сигналів, що надходять через паралельний інтерфейс, у набір аналогових керуючих сигналів, які впливають на керовані підсилювачі постійного струму 14-т в трактах каналів обробки 9-т. Загальне число 2о аналогових сигналів, що формуються, дорівнює 2М. Блок управління каналами обробки 20 може бути виконаний по різноманітним схемам (див., наприклад, |9)). Він, наприклад, може містити (див. фіг.5) набір з 2М перетворювачів приєднаних до загальної цифрової паралельної шини адреси/даних, кожний з яких містить тригерний регістр 45-х (1х х «2М) і цифро-аналоговий перетворювач 46-х, а також загальний для них логічний синхронізатор 47 зв'язаний з зовнішньою ЕОМ завдяки шині паралельного інтерфейсу, який забезпечує с адресний синхронний перезапис даних з виходу ЕОМ в пам'ять тригерних регістрів 45. При цьому виходи перших М цифро-аналогових перетворювачів 46 є М першими керуючими виходами блоку управління 20, виходи о других М цифро-аналогових перетворювачів 46 є М другими керуючими виходами блоку управління 20, а паралельний порт логічного синхронізатора 47 є паралельним портом блоку управління 20.

Блок других гетеродинів 21 призначений для формування М гармонійних сигналів, що відрізняються по ча

Зо частоті, які використовуються у якості гетеродинів для других змішувачів 10-т. В найпростішому випадку він може містити М незалежних генераторів синусоїдальної напруги, виходи яких утворять М виходів блоку других в гетеродинів 21. со

Багатоканальний цифровий вимірник температури (БЦВТ) 22 є влаштуванням, що забезпечує послідовний або паралельний вимір К значень термодинамічної температури в К конструктивних точках скануючого ее,

Зз5 радіометра і обмін даними у вигляді цифрових кодів з зовнішніми приладами. В залежності від конструктивного МУ виконання багатопроменевого скануючого радіометра число точок виміру температури К може змінюватися.

Мінімальне їхнє число дорівнює трьом (Кліп -3), при цьому вимірюються середні термодинамічні температури еталонних погоджених НВЧ-навантажень у першому та другому еталонах випромінювання 17 та 18, а також температура вхідного тракту радіометра (наприклад, першого перемикача 2). За наявності градієнтів температур « вздовж вхідного тракту радіометра число точок виміру може бути збільшене; додатково можуть вимірюватися с температура скануючої антени 1, вхідних єднальних хвилеводів і т.п... БЦВТ 22 може бути виконаний по й різноманітним відомим схемам і, наприклад, може бути функціонально закінченим багатоканальним електронним «» термометром на основі ОБОМ (10), у пам'яті якої закладені калібрувальні залежності для кожного з температурних датчиків; в цьому випадку БЦВТ містить (див. фіг. 6) ОБОМ 48 наприклад, серії МС5-96 фірми пе), з внутрішнім багатоканальним аналого-цифровим перетворювачем, а також набір термодатчиків 49-г (З« г« с К), наприклад, на основі мостової схеми з термісторним перетворювачем приєднаних до К (наприклад, К-8) входів внутрішнього аналого-дифрового перетворювача ОБОМ 48; при цьому мостові схеми датчиків 49- г

Ф живляться від прецизійного опорного джерела напруги 50. В цьому випадку, спрощена структурна схема ОБОМ о 48 відповідає фіг. 4, а послідовний порт ОБОМ 48 є послідовним портом БЦВТ 22. Алгоритм роботи багатоканального цифрового вимірника температури наведений на фіг. 11. е Обчислювач 23 призначений для проведення програмно заданих чисельних операцій з цифровими даними, а "І також для організації обміну даними з зовнішніми приладами по зовнішнім шинам послідовного і паралельного інтерфейсів, через порти, відповідно, послідовного і паралельного інтерфейсів. В якості обчислювача 23 може використовуватися стандартний процесорний набір міні-ЄОМ, до складу якого надходять, наприклад, центральний процесор, математичний сопроцесор, ПЗП, ОЗП, контролер ОЗП, контролер шини адреси/даних, контролер обміну даними з зовнішніми пристроями, який забезпечує також роботу в режимі зовнішніх перервань о і стандартні види обміну даними через паралельний та послідовний інтерфейси (див., наприклад, |8, 101). В ко своєму складі обчислювач 23 може також містити прилади візуалізації й реєстрації призначені для оперативної візуалізації даних одержуваних з допомогою багатопроменевого скануючого радіометра у вигляді, наприклад, бо растрових напівтонових зображень на екрані дисплею і реєстрації цих даних на носіях інформації, наприклад, магнітних стрічках, дисках і т.п.; в своєму мінімальному складі прилади реєстрації і візуалізації обчислювача 23 можуть складатися, наприклад, з електронно-променевого дисплею з відеоконтролером, а також дискових накопичувачів цифрових даних з контролером, які приєднані до внутрішньої системної шини обчислювача 23.

При такої конфігурації обчислювача 23 стандартні порти послідовного, паралельного інтерфейсів і вхід 65 зовнішнього перервання мікропроцесорного набору є, відповідно, портами послідовного, паралельного інтерфейсів і керуючим входом обчислювача 23. Алгоритм роботи обчислювача 23 наведений на фіг. 12.

Елементи скануючої антени - планарний діелектричний хвилевід 24, параболічний рефлектор 25, випромінювач-перехід 26, дифракційна решітка у вигляді профільованого металевого диску 27 можуть бути виконані в відповідності з відомими технічними рішеннями (див., наприклад, І41).

Електромеханічний привод антени 28 може бути виконаний на основі будь-яких технічних рішень, що забезпечують синхронізоване зворотно-поступальне обертання вихідного валу, наприклад, на основі редукованого крокового двигуна; в цьому випадку він складається з механічно зв'язаних крокового електродвигуна і редуктора, а також імпульсних підсилювачів потужності сигналів управління кроковим двигуном, кількість яких відповідає кількості фазових обмоток живлення крокового двигуна, причому кожний з 70 імпульсних підсилювачів включений послідовно між відповідною лінією вхідної шини привода 28 і відповідним виводом фазової обмотки живлення крокового двигуна. При цьому вхідні електричні виводи підсилювачів потужності і вихідний вал редуктора є, відповідно, входом шини управління і валом електромеханічного привода 28.

Датчик положення диску 29 може бути виконаний на основі будь-яких технічних рішень, що забезпечують 7/5 Формування імпульсного електричного сигналу при досягненні заданого просторового положення контрольованого елементу, наприклад, на основі герконового датчика; при цьому на диску 27 встановлюється керуючий постійний магніт, а геркон розташовується поблизу диску 27, наприклад, з боку вільного від дифракційної решітки.

Циркулятор 30 може бути виконаний по будь-якій відомій схемі триплечого (У) надвисокочастотного Чциркулятора з зовнішнім магнітним полем, яке утворюються за допомогою зовнішнього електромагніту.

Електромагніт 31 і кероване джерело живлення 32 можуть бути виконані на основі будь-яких відомих схем; електромагніт 31 забезпечує створення в заданому просторовому об'ємі постійного магнітного поля із заданою напруженістю й спрямуванням, яке визначається полярністю току живлення, а кероване джерело живлення 32 забезпечує формування току, який живить електромагніт 31, причому полярність току визначається бінарним с Керуючим сигналом, який надходить на керуючий вхід керованого джерела живлення 32.

Елементи АЦП-НД 15, блоку управління антеною 19 - центральний процесор 33, контролер пам'яті 34, ПЗП і) 35, ОЗП 36, внутрішній синхронізатор 37, контролер периферійних приладів 38, АЦП 39, мультіплексор 40, контролер послідовного порту 41, контролер паралельного порту 42, програмований таймер 43 контролер перервань 44, а також елементи блоку управління каналами обробки 20 - тригерний регістр 45, ЦАП 46, логічний М

Зо бинхронізатор 47, а також однокришталева ЕОМ 48, що входить до складу БЦВТ 22, можуть бути виконані по будь-яким відомим схемам відповідних приладів цифрової техніки, що забезпечують виконання притаманних їм - функцій. со

Датчик температури 49 може бути виконаний на основі будь-яких відомих технічних рішень, що забезпечують перетворення термодинамічної температури в електричні сигнали (напругу, струм), наприклад, на основі відомої ісе) з5 схеми вимірювального мосту, в одному з плечей якого встановлений терморезистор. ю

Пристрій працює наступним чином.

Радіотеплове випромінювання поверхні з зони огляду приймається скануючою антеною 1 і надходить через перший перемикач 2, смуговий фільтр 3, що обмежує смугу прийнятого випромінювання величиною -Дї та підсилювач високої "частоти 4 на перший вхід першого змішувача 5, на другий вхід якого надходить сигнал « 20 Ггетеродину 7 з частотою їЦ,. При цьому на виході змішувача 5 утворюється сигнал різницевої частоти шщ с відповідний прийому в одній з його бокових смуг Аї (наприклад, верхній боковій смузі) виділеної смуговим ц фільтром З (див. фіг.7). Цей сигнал посилюється підсилювачем б проміжної частоти і надходить на вхід "» М-канального дільника потужності 8 (М » 1), що забезпечує поділ сигналу на М (наприклад, М-8) ідентичних каналів при дотриманні умов високочастотного погодження між вхідними та вихідними ланцюгами. З М виходів

М-канального дільника потужності 8 ідентичні сигнали надходять на входи М каналів обробки 9-т (1«х т М). 1 На вході кожного з них знаходиться другий змішувач 10- т, на другий вхід якого з блоку других гетеродинів 21 бу надходить один з М гармонійних сигналів Тогт, в результаті чого на виході кожного з других змішувачів 10-т утворюється перетворений сигнал, спектр якого відповідає спектру його вхідного сигналу, що лежить навколо (95) частоти 12/-т (див. фіг. 7). Сигнали на виходах других змішувачів 10-т посилюються смуговими підсилювачами їх 50 11-т з верхньою частотою зрізу ГЕ, проходять детектування квадратичними детекторами 12-т, після чого низькочастотні складові перетвореного спектру обмежуються по смузі частот в полосі Е, фільтрами низьких що частої 13-т і посилюються підсилювачами постійного струму (ППС) 14-т, при цьому коефіцієнт підсилення і рівень постійної складової вихідного сигналу кожного з ППС 14- т встановлюється незалежно за допомогою керуючих сигналів, що надходять з відповідних перших і других виходів блоку управління каналами обробки 20.

З виходів ППС о 14-т сигнали надходять на входи багатоканального аналого-дифрового о переіворювача-накопичувача даних (АЦП-НД) 15 з М вхідними каналами, де вони, під чинністю сигналу вибірки, що надходить на керуючий вхід АЦП-НД з третього керуючого виходу блоку управління антеною 19, ко перетворюються в цифрову форму, проходять додаткову операцію усереднення й запам'ятовуються в оперативній пам'яті ЛЦП-НД 15. 60 В результаті означених перетворень смуга робочих частот скануючою радіометра дї поділяється на М смуг Ат; (Ат ж 2Е), що примикають одна до одної або частково перекриваються, і в межах кожної частотної смуги прийняте антеною 1 радіотеплове випромінювання посилюється, минає частотне перетворення, а потім детектування, усереднення і перетворення у цифрову форму.

Антена 1 скануючого радіометра володіє дисперсійними властивостями - напрямок прийому залежить від бо діапазону частот. При розподілі робочої смуги частот Лі на М частотних смуг Лід, просторова діаграма спрямованості антени 1 в азимутальній площині розщеплюється на М променів бу, приблизно однакової ширини, що примикають один до одного або частково перекриваються у просторі (див. фіг. 8). Ширина кожного з цих променів і їхнє положення визначаються розмірами приймальної апертури (діаметром диску 27), вибраним значенням куточастотного коефіцієнта для електродинамічної системи "дифракційна решітка диску 27 - діелектричний хвилевід 24", а також діапазоном частот Літ.

Робочий цикл скануючого радіометра (наприклад, тривалістю 1с), складається з двох послідовних часових інтервалів - інтервалу вимірів і інтервалу калібрування (наприклад, тривалістю, відповідно, 0,7с і 0,Зс). На інтервалі вимірів перший перемикач 2, під чинністю керуючого сигналу, що надходить з першого керуючого 70 виходу блоку управління антеною 19, підключає до входу смугового фільтру З вихід антени 1. При цьому відбувається формування рядків зображення: під чинністю керуючого сигналу, що надходить з виходу блоку управління антеною 19 на керуючий вхід антени 1, диск 27 з дифракційною решіткою завертається навколо своєї осі на деякий кут (наприклад, 30"), в результаті чого діаграма спрямованості скануючої антени 1 послідовно змінює своє просторове положення в деякому наперед заданому секторі кутів спостереження (наприклад, від 20" 75 до 60" від надиру). В ході сканування цифрові дані відповідні амплітудам відліків для відгуку каналів обробки 9-т на радіотеплове випромінювання, що приймається антеною, накопичуються в пам'яті АЦП-НД 15. Після досягнення діаграми спрямованості антени 1 свого кінцевого положення в секторі кутів сканування, що може фіксуватися, наприклад, по числу імпульсів, що використаються в блоці управління 19 для формування керуючого сигналу для привода 28, блок управління антеною 19 зміняє структуру керуючого сигналу і, завдяки

Цьому, викликає протилежний по напрямку рух привода 28, диск 27 починає прискорено завертатися до свого початкового положення, при цьому завершиться інтервал вимірів і починається інтервал калібрування.

З початком інтервалу калібрування перемикач 2, під чинністю сигналу, що надходить з першого керуючого виходу блоку управління антеною 19, відключає вихід антени від входу смугового фільтру З На вхід останнього, через другий вхід першою перемикача 2, в течію певних часових проміжків (в відповідності зі станом другого су перемикача 16, за допомогою сигналу, що надходить з другою керуючого виходу блоку управління антеною 19), послідовно надходять калібрувальні рівні шумового випромінювання від першого еталону 17 та другого еталону і) 18 випромінювання, при цьому смута часин випромінювання них еталонів перевищує ширину робочої смуги А вхідного факту радіометра. Ці сигнали, також як і прийняте зовнішні випромінювання, минають перетворення в каналах обробки 9-т, а відповідні їм цифрові відліки запам'ятовуються в оперативній пам'яті багатоканального ї- АЦП-НД 15. При досягненні диском 27 свого початкового стану датчик положення 28 виробляє сигнал, при надходженні якою на вхід блоку управління антеною 19 останній припиняє видавання керуючих імпульсів на З керуючий вхід антени 1 і диск 27 зупиняється. Водночас блок управління 19 виробляє на своєму четвертому со керуючому виході сигнал, під чинністю якого обчислювач 23 приводить до дії процедуру передачі (через шину паралельного інтерфейсу) даних накопичених в пам'яті АЦП-НД 15 за поточний цикл сканування; отримані дані у ї-о вигляді двійкових цифрових кодів запам'ятовуються в оперативній пам'яті обчислювача 23. юю

Інтенсивність шумового випромінювання еталонів 17 і 18 висловлена в одиницях температурної шкали залежить від середніх термодинамічних температур їх елементів, що випромінюють, а також від розподілу температур в елементах, які здійснюють передачу випромінювання еталонів до входу смугового фільтру 3. Ці « температури вимірюються багатоканальним цифровим вимірником температур (БЦВТ) 22 за допомогою набору термодатчиків 49-г (З « г « К) і накопичуються в пам'яті БЦВТ 22 у вигляді значень термодинамічних температур - с Ту За ініціативою обчислювача 23, з певною періодичністю накопичені в БЦВТ 22 дані про поточні температури Т, и передаються в обчислювач 23 і запам'ятовуються в його оперативній пам'яті. є» Таким чином, в результаті роботи процедур обміну даними між зовнішніми джерелами і обчислювачем 23, на інтервалі чергового циклу сканування в оперативній пам'яті обчислювача 23 виявляються сформованими масиви даних відповідних вихідним значенням О 7 каналів обробки 9-т для кожного з М незалежних просторових 1 положень кожного із М променів антени 1 в цьому циклі сканування (1 « п « М, М- число незалежних просторових б елементів в кожному з рядків зображення), калібрувальні відліки О в1т; Сет для кожного з каналів обробки отримані при підключені до входу радіометра калібрувальних рівнів випромінювання від еталонів 17 і 18, а о також значення термодинамічних температур для наборів термодатчиків 49-г, що характеризують поточний їз 50 тепловий режим випромінювання еталонів і ряду елементів приймального тракту. На основі отриманих даних обчислювач 23 проводить обчислення радіо яскравої температури випромінювання Т дпт для М послідовних "м елементів М послідовних рядків радіо теплового зображення, що формуються в ході чергового циклу сканування, і виробляє запис отриманих значень Т дот, В своїй оперативній пам'яті. Одержувані в результаті розрахунків значення Тяпт в одиницях шкали радіояскравих температур (або у відповідних значеннях двійкових Кодів з заданою системою кодування) для поточного циклу сканування групуються в масив елементів о зображення в оперативній пам'яті обчислювача 23.

Окрім цього, обчислювач 23 розраховує і формує цифрові сигнали управління коефіцієнтами підсилення і ко рівнями постійних складових вихідних сигналів ППС 14-т, Оут, МОот: ці сигнали на етапі чергового виконання підпрограми обміну даними надходять шляхом паралельного інтерфейсу з обчислювача 23 до блоку управління 60 каналами обробки 20 де вони, в відповідності з адресацією, запам'ятовуються в пам'яті регістрів 45, а після цього за допомогою цифро-аналогових перетворювачів 46 перетворюються в аналогові сигнали, які впливають на відповідні керуючі входи ППС 14-т. Метою цієї операції є оптимізація настройки динамічного діапазону аналогового сигналу на виході кожного з каналів обробки 9-т (по відношенню до поточних параметрів приймального підсилюючого тракту радіометра і вхідних параметрів аналого-дифрового перетворювача в 65 АЦП-НД 15), що забезпечує найкраще використання розрядної сітки АЦП. Проведення таких оперативних регулювань дозволяє зменшити рівень шумів квантування при аналого-дифровому перетворенні сигналів, для наявної розрядності АЦП, а також відмовитися від активної термостабілізації елементів приймально-підсилюючого тракту радіометра (при експлуатації в заданому діапазоні зовнішніх температур), що дозволяє, відповідно, підвищити флуктуаційну чутливість і знизити енергетичні витрати.

Після завершення циклу обчислень відповідного обробці даних для чергового циклу сканування сформовані рядки зображення, у вигляді значень радіояскравих температур Т яот для елементів поверхні, фіксуються в пам'яті обчислювача 23 і можуть оперативно використатися споживачами (з використанням зовнішньої лінії зв'язку), а також, в випадку необхідності, прямуються на пристрої візуалізації й реєстрації обчислювача 23: фіксуються на довгочасних носіях інформації (наприклад, магнітних дисках) і виводяться на екран дисплею у 7/0 Вигляді рядків напівтонового (псевдокольорового) растрового зображення необхідного масштабу. На цьому черговий цикл роботи скануючого радіометра завершується.

М-канальний аналого-дифровий перетворювач-накопичувач даних 15 працює наступним чином (див. фіг. 4, фіг. 9). При ініціації чергової процедури обміну даними між АЦП-НД 15 і обчислювачем 23 скидається до нуля програмний лічильник циклів введення даних. При надходженні чергового керуючого сигналу від блоку /5 управління антеною 19 виконується підпрограма перетворення вхідних сигналів і значення цього лічильника збільшується на М одиниць; при цьому, за допомогою мультіплексора 40, до входу АЦП 39 послідовно підключаються М виходів каналів обробки 9-т, проводиться аналого-дифрове перетворення їхніх вихідних сигналів і відповідні цифрові коди заносяться у пам'ять внутрішнього ОЗП 36. Період між циклами АЦП задається програмно за допомогою внутрішнього програмованого таймера 43 АЦП-НД 15. При виконанні всіх циклів го введення даних в течію одного циклу сканування антени 1 значення лічильника циклів введення дорівнює (М20)3М (де С - число послідовних вибірок для калібрувальних сигналів еталонів 17 і 18. С»1) і відповідають загальному числу відліків занесених в ОЗП 36 АЦП-НД 15 за один цикл сканування. Після передачі даних в обчислювач 23 цикл роботи АЦП-Ї ІД 15 повторюється.

Блок управління антеною 19 працює наступним чином (див. фіг. 4, фіг. 10). При включенні радіометра (або с при зміні режиму роботи) в блок управління 19 з обчислювача 23 шляхом шини послідовного інтерфейсу передаються дані, які визначають режим роботи антени 1 - період сканування Її Сх число елементів в рядку о зображення М, тривалість інтервалів калібрування, число послідовних вибірок С для калібрувальних сигналів і т.п.. На основі цих даних блок управління 19 встановлює базові часові інтервали (0, й, 2) для програмованого таймера 43, які визначають період імпульсних сигналів, які формуються для управління приводом 28, і починає ча зо генерацію цих сигналів на своєму виході. При цьому на першому керуючому виході блоку управління 19 програмне встановлюється певний логічний рівень сигналу (наприклад, М 4-0), в відповідності з яким в перемикач 2 підключає вихід антени 1 до входу фільтру З. Аналогічно, на другому керуючому виході блоку «су управління фіксується логічний рівень сигналу (наприклад, М 2-0) відповідний одному з фіксованих станів перемикача 16. Положення диску 27 жорстко зв'язане з числом керуючих імпульсів контрольованих за о допомогою програмного лічильника. Синхронно зі зміною показань цього лічильника (в відповідності з наперед (дз заданим лінійним, або нелінійним часовим законом зміни періоду повторення) формуються керуючі імпульси, що надходять з третього керуючого виходу блоку управління 19 на керуючий вхід АЦП-НД 15, що, в кінцевому підсумку, при скануванні в заданому секторі кутів дозволяє реалізувати лінійний закон зміни просторових координат елементів в рядках зображення, що формується. При досягненні певного значення програмного « лічильника відповідного максимальному відхиленню діаграми спрямованості антени 1 від початкового шщ с положення проводиться ініціювання підпрограми повернення диску 27 в початкове положення; при цьому й структура сигналу на виході блоку управління 19 змінюється, що викликає прискорене реверсивне обертання «» диску 27 приводом 28. При переході до підпрограми реверсивного управління диском 27 блок управління 19 змінює логічний стан сигналу на своєму першому керуючому виході (М4-1), в результаті чого перший перемикач 2 змінює свої характеристики і на вхід фільтру З з виходу другого перемикача 16 починає поступати сигнал від сл одного з еталонів випромінювання, наприклад, еталону 17, а вихід антени 1 відключається. Логічний рівень сигналу на другому керуючому виході блоку управління 19 залишається незмінним в течію заданого часового б інтервалу, встановлюваного шляхом програмного лічильника; в течію цього інтервалу на третьому керуючому

Ге) виході блоку управління 19 послідовно формується С керуючих імпульсів (Со 5» 1) відповідних С циклам калібрувальних вимірів для підключеного еталону. По закінченні заданого часового інтервалу логічний рівень ве сигналу на другому керуючому виході блоку управління 19 програмно змінюється (М 5-1), що викликає зміну "І характеристик другого перемикача 16 і на вхід фільтру З починає надходити випромінювання від іншого еталону, наприклад, 18. При цьому на третьому керуючому виході блоку управління 19 послідовно формується С керуючих імпульсів, в відповідності з С циклами калібрувальних вимірів для еталону 18. Реверсивне обертання диску 27 триває до спрацювання датчика положення 29; він видає сигнал, при надходженні якого на вхід блоку управління 19 видавання керуючого сигналу на привод 28 припиняється і диск 27 зупиняється і залишається і) непорушним до закінчення поточного періоду сканування контрольованого за допомогою ще одного програмного ко лічильника. На цьому заключному часовому інтервалі періоду сканування блок управління 19 формує на своєму четвертому керуючому виході сигнал, під чинністю якого обчислювач спонукає ініціацію процедури обміну бо даними з АЦП-НД 15 і блоком управління каналами обробки 20. При початку наступного періоду сканування цикл роботи блоку управління 19 повторюється.

Багатоканальний цифровий вимірник температури (БЦВТ) 22 працює наступним чином (див. фіг. 6, 4, 11). В ході роботи, в відповідності з певним внутрішнім часовим тактом (тривалістю наприклад, 1 с), що задається за допомогою внутрішнього програмованого таймера 43, до внутрішнього АЦП 39 ОБОМ 48 за допомогою б5 Ммультиплексора 40 циклічно підключаються аналогові вихідні сигнали датчиків температури 49-г відповідні поточним значенням термодинамічних температур цих датчиків. Після операції аналого-дифрового перетворення відповідні коди заносяться в ОЗП 36 ОЕБОМ 48. В постійному запам'ятовуючому пристрої 35 ОБОМ 48 зберігаються калібрувальні залежності (наприклад, у вигляді таблиць відповідності для функцій з шматково-лінійною апроксимацією), які зв'язують цифрові відліки на виході АЦП 39 для відповідних датчиків 49- г в заданих точках шкали температур зі значеннями термодинамічних температур в цих точках; при цьому означені калібрувальні залежності визначаються на етапі метрологічної атестації БЦВТ 22 і можуть корегуватися в ході періодичних метрологічних перевірок скануючого радіометра (з перезаписом даних в ПЗП 35). Після занесення в ОЗП 36 цифрового значення сигналу від чергового датчика 49- г здійснюється перехід до підпрограми визначення температури Т,, в ході якої введене значення коду порівнюється з табличними 70 калібрувальними значеннями для датчика 49-г і для відібраного діапазону калібрувальної залежності шляхом рішення лінійного рівняння визначається поточне значення термодинамічної температури для конкретного датчика. Після того як в БЦВТ 22 здійснений один повний цикл вимірів для всіх К датчиків 49-г програмне знімається заборона на проведення процедур обміну даними з зовнішніми пристроями, і, при циклічній ініціації з боку обчислювача 23 процедури обміну по шині послідовного інтерфейсу, отримані значення термодинамічних /5 температур Т, в К конструктивних точках багатоканального скануючого радіометра передаються в обчислювач 23 і використовуються їм в процедурах обчислень.

Обчислювач 23 працює наступним чином (див. фіг. 12). Після включення живлення і початкового завантаження виконавчої програми обчислювача 23 проводиться ініціація процедури обміну даними по шині послідовного інтерфейсу з блоком управління антеною 19 і з БЦВТ 22; в першому випадку в блок 19 2о передаються параметри, які визначають режим роботи скануючої антени 1, а в другому з пам'яті БЦВТ 22 сприймається початковий набір зміряних значень термодинамічних температур ТТ. Після цього проводиться ініціація процедури обміну даними з блоком управління каналами обробки 20, куди передаються значення керуючих параметрів визначальних за початкові значення коефіцієнтів підсилення і робочих точок підсилювачів постійного струму 14-т. Після цього, при надходженні на керуючий вхід обчислювача 23 чергового сигналу з сч ов четвертого керуючого виходу блоку управління антеною 19, проводиться ініціація процедури обміну цифровими даними з АЦП-НД 15 і блоком управління каналами обробки 20, що випереджує циклічну процедуру обчислень і) значень Тяпт. Після введення значень О пт, Шеїт; Юегт ДЛЯ поточного циклу сканування програма роботи обчислювача 23 переходить до процедури розрахунку значень радіояскравих температур Тяпт.

З цією метою, для кожного з М вимірювальних каналів проводиться вирішення системи лінійних рівнянь для М зо значень радіояскравих температур випромінювання джерел наведених до входу смугового фільтру З з урахуванням значень матриці коефіцієнтів передачі (К) для системи перемикачів 2, 16, а також поточних значень - крутісті 5 залежностей, що зв'язують інтенсивність випромінювання Т, що вимірюється на вході фільтру 3, |і с сигнали Ш у вигляді цифрових кодів, що фіксуються на виході відповідного каналу обробки 9-т: вихоті 7 чт) |! вжот |,

Гчакт|" Ко тект| й т І

Тал то Кит: Кат Кат: М-Кут Кат 7 Каті

ЇГних т|- Тел «Гекті рт ' ІК Кит Кот: Кот Кот Козт З Козт Ле езлі т Каїти о Казті Казті 0 - Кт 7 Кзат 7 Кат « 70 с Сл езті пиши Сет Метт Геї Мегті с - с бт- НТ т Втов ШВЛ ВЕ Вт Ві ц ШМеут -Цеат? Шо лт -Цезт? ,» де:

ЇГекті - матриця значень радіояскравих температур випромінювання на входах системи перемикачів 2, 16; сл 75 ЇТенє ті - матриця значень радіояскравих температур випромінювання на виході перемикача 2; б |к|- матриця коефіцієнтів передачі для повного набору станів перемикачів 2, 16 (перший індекс - номер входу о перемикача, відповідно, 1 - перший вхід перемикача 2; 2,3 - перший та другий входи перемикача 16, другій індекс - стан перемикачів); т. Тя.Те.Те2 - радіояскраві температури випромінювання на виходах, відповідно, антени 1, першого еталону 17, "М другого еталону 18;

Та - термодинамічна температура вхідного тракту радіометра (перемикачів 2, 16);

ОзіШеїШе» - значення двійкових відліків на виході каналу радіометра при вимірі джерел випромінювання, відповідно, антени, першого еталону 17, другого еталону 18 (при цьому в якості ОО 84, Ше» можуть бути о використані їхні середні значення для С послідовних вибірок (С»1) в одному калібрувальному циклі).

Отримані значення Та тп для випромінювання на виході антени 1 перераховуються в значення радіояскравої ко температури випромінювання Та пт, Що випромінюється на її вході, з урахуванням фактичних значень коефіцієнтів передачі Капт антени 1 в секторі кутів сканування лу, шляхом звернення відносно Т я пт для 60 кожного з М елементів М рядків зображення, що формуються в черговому циклі сканування, відомого вираження типу (див., наприклад, (111):

Тадт - Кат Тя пі И- то ЩО)

Ка - Каст, АТ), Ка лті СР, Ра - Ро А ЛЯ 65 Таяпт - Ще піт -01 -Калт о Н Ка пт ' де:

Кабйу, АЮ), Ка, пт - значення коефіцієнта передачі антени для незалежних положень діаграми спрямованності в секторі кутів сканування ль (як пасивного чотириполюсника) для кожного з каналів радіометра 9-т (в частотних діапазонах Ат); фо- початкове положення діаграми спрямованості антени в секторі сканування;

То - термодинамічна температура антени.

Значення Теї Те», що використаються при розрахунках, обчислюються за допомогою виразів аналогічних (1) виходячи з термодинамічних температур випромінюючих елементів (НВЧ-навантажень) еталонів 17 та 18 і значень коефіцієнтів передачі для єднальних хвилеводів, які здійснюють передачу еталонних сигналів до входів 70 перемикача 16. На етапі метрологічної атестації радіометра значення для всіх коефіцієнтів передачі елементів вхідного тракту, які використовуються в розрахунках, вимірюються радіометричним засобом для кожного з частотних діапазонів діт; в ході експлуатації вони можуть періодично уточнюватися при проведенні метрологічних перевірок, з відповідною корекцією цих блоків даних в програмному модулі обчислювача 23.

На завершальному етапі циклу обчислень, на основі отриманих значень 5, Вт для вихідних залежностей і 75 заданого діапазону вимірюваних радіояскравих температур Т я тах» Тя тіп; обчислюються значення Ш ут, От, які визначають параметри роботи підсилювачів 14-т в каналах обробки 9-т. Обчислення можуть проводитися, наприклад, на основі наступних лінійних співвідношень:

АТа тах т 2 Ка таж ті Тая тік 7 Гая ті): Гая птітт 2 Ка плях ті я піп 7 Ка тікото ГО

АМдяст У УтівТя так ті Мідт Та піп т 7 Вт 7 Зт

Шут - РетАМтах т 7 А); Цот- Рот «Мрій т 7 Чем т, де:

Катіяєт 7 Максимальне значення коефіцієнта передачі антени в секторі сканування в частотному діапазоні т;

РтиРат 7 коефіцієнти пропорційності, що враховують крутість регулювальних характеристик для елементів с підсилювачів 14-т; о

Цю т 7 встановлене початкове значення напруги зміщення на виході підсилювача 14-т; ди - максимально припустимий розмах напруги на вході АЦП-НД 15.

Оскільки самочинний дрейф параметрів підсилювачів 14-т пов'язаний, в першу чергу, з порівняно - повільними процесами зміни навколишньої (робочої) температури їхніх елементів та дрейфом напруг живлення, з метою зниження флуктуацій пов'язаних з процесами регулювання використовується процедура цифрового ч низькочастотного згладжування для часового ряду значень Оу, Ост; в найпростішому випадку, вона має вигляд. /-«(О процедури змінного усереднення значень У,» Одт на інтервалі декількох минулих циклів сканування: с - г - ГУ зво т пр бот де юю де: 27 - число циклів сканування, на інтервалі яких проводиться усереднення параметрів (наприклад, 2-32).

При цьому в процедурах обміну обчислювача 23 з блоком управління 20 використовуються поточні значення « дю величин (ут, От, Які усереднені на поточному циклі сканування. -о с Після завершення процедури обчислень обчислювач 23 формує вихідний масив значень Т 5 дт, ЯКИЙ ц використовується при візуалізації зображень і реєстрації даних багатопроменевого скануючого радіометра, "» виконує черговий цикл обміну даними з БЦВТ 22 і переходить до режиму очікування чергового керуючого імпульсу від блоку управління антеною 19, після чого цикл роботи обчислювача 23 повторюється.

Джерела інформації: ос 1. Кондратьев К.Я., Бузников А.А., Покровский О.М. Глобальная зкология: дистанционное зондирование //

Итоги науки и техники. Сер. Атмосфера, океан, космос - программа "Разрезь". - М.:ВИНИТИ. - 1991, т. 14, - б.

Ф 1-312. оз 2. Зіаейп О.Н. еї а. Те 5саппіпд Місгтожаме Зресіготефсег (5БСАМ5). Ехрегітепі Мітривг-б Овеге Оціде, Сгеепреїї, 1975. - Р. 59-86. ть ЗАС. СССР Мо 1336733, 501513/95, В.А. Комяк, А.С.Левда, С.А. Шило, С.Е. Яцевич. Сканирующий "І радиометр для дистанционного зондирования. Зарегистр. 08.05.87. -Мо3948313; Заявл. 27.08.85; Опубл. 09.87,

Бюл. Мо33, - 270с. 4. Сканирующая антенна самолетного радиометрического комплекса / Андренко С.Д., Евдокимов А.П., Крьїжановский В.В., Провалов С.А., Сидоренко Ю.Б. // Радиофизические методь! и средства для исследования окружающей средь! в миллиметровом диапазоне.: Сб.науч. тр. - Киев: Наук, думка, 1988. - С. 154-160.

Ф, 5. Негетап М.5., Рое С.А. БЗепейімйу ої їоїаІ! ромег гадіотейфег м/йй регіодісаї абзоїше саїїбгайопо // ко ІЕЕЕ Тгапв, оп Місгожаме ТНеогу апа Тесп.. 1981, м. 29, М І. Р. 32 - 40. б. Антенньї и устройства СВЧ |(Проектирование фазированньх антенньїх решеток) / Под ред. бо Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981, -432 с. 7. Шило В.Л. Линейньсе интегральньсе схемьї в радиозлектронной аппаратуре. -М.: Сов.радио, 1979. - 368 с. 8. Шевкопляс Микропроцессорнье структурьі. Инженернье решения: Справочник. -2-е издание. М.: Радио и связь, 1990. - 512 с. 9. Гнатек Ю.Р. Справочник по цифро-аналоговьім и аналого-дифровьм преобразователям. Пер. с англ. / 65 Под. ред. Ю.А. Рюжина. -М.:Радио и связь. 1982. - 522 б. 10. Янсен И. Курс цифровой злектроники: В 4-х т. Т. 4. Микрокомпьютерьї. Пер. с голланд. - М.: Мир. 1987.

- АОб с. 11. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т.

Радисизлучение Земли как планеть!. М.: Наука, 1974. -187с.

Claims (2)

2 Формула винаходу

1. Багатопроменевий скануючий НВЧ-радіометр, що містить послідовно з'єднані скануючу антену і перший перемикач, послідовно з'єднані підсилювач високої частоти, перший змішувач і підсилювач проміжної частоти, 70 перший гетеродин, вихід якого підключений до другого входу першого змішувача, другий перемикач, вихід якого підключений до другого входу першого перемикача, перший і другий еталони випромінювання підключені, відповідно, до першого і другого входів другого перемикача, а також блок керування антеною та обчислювач, при цьому вхід і вихід блока керування антеною підключені, відповідно, до керуючих виходу і входу антени, який відрізняється тим, що в нього додатково введені смуговий фільтр, М-канальний (Ме 1) подільник потужності, М каналів обробки, кожний з яких містить послідовно з'єднані другий змішувач, смуговий підсилювач, квадратичний детектор, фільтр низьких частот і підсилювач постійного струму, а також М-канальний аналого-дифровий перетворювач-накопичувач даних, блок керування каналами обробки, блок других гетеродинів та багатоканальний вимірник температури, при цьому смуговий фільтр включений між виходом першого перемикача і входом підсилювача високої частоти, вхід М-канального подільника потужності підключений до виходу підсилювача проміжної частоти, а М його виходів підключені, відповідно, до М перших входів других змішувачів в М каналах обробки, М входів М-канального аналого-дифрового перетворювача-накопичувача даних підключені, відповідно, до М виходів підсилювачів постійного струму в М каналах обробки, М перших виходів блока керування каналами обробки підключені, відповідно, до М перших керуючих входів підсилювачів постійного струму в М каналах обробки, М других виходів блока керування сч каналами обробки підключені, відповідно, до М других керуючих входів підсилювачів постійного струму в М каналах обробки, М виходів блока других гетеродинів підключені, відповідно, до М других входів других (о) змішувачів в М каналах обробки, перший, другий, третій та четвертий керуючі виходи блока керування антеною підключені до керуючих входів, відповідно, першого перемикача, другого перемикача, аналого-дифрового перетворювача-накопичувача даних та обчислювача, причому порти послідовного інтерфейсу обчислювача, їч- зо блока керування антеною і багатоканального вимірника температури з'єднані між собою шиною послідовного інтерфейсу, а порти паралельного інтерфейсу обчислювача, аналого-цифрового перетворювача-накопичувача Ж даних і блока керування каналами обробки з'єднані між собою шиною паралельного інтерфейсу. со (Се) ІС о)

- . а 1 (е)) (95) т» і ко бо б5