[發(fā)明專利]一種全數字補償微波輻射計

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810047694.9
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101285862A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 桂良啟;郎量;陳柯;黃全亮;郭偉;張祖蔭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01J5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發(fā)明屬于微波遙感、制導和精密測量技術領域，具體涉及一種全數字補償微波輻射計。

背景技術

微波輻射計是無源微波遙感的核心設備，是進行地物背景和目標的微波輻射特性探測、成像和判斷的唯一工具。

微波輻射計的發(fā)展趨勢是從圖形到成像輻射計，從低分辨率輻射計到高度分辨率輻射計。通常微波輻射計輸出波動由本機噪聲不確定性ΔT_N²和系統增益不確定性ΔT_G²決定，為減少系統增益不穩(wěn)定和本機噪聲波動對輻射計輸出的影響，人們采用了各種辦法，研制出了不同類型的輻射計。首先，在全功率輻射計的基礎上，1946年Dicke研制出Dicke輻射計，采用單刀雙擲微波開關，大大減少了增益波動的影響，使微波輻射計走向實用化。但這種方法只有在天線溫度同參考源溫度相等時，才能全部消除接收機增益波動的影響。1967年Goggins研制出負反饋零平衡微波輻射計，但PIN二極管會或多或少地引入散彈噪聲，同時增加了負反饋回路和幾個微波有源、無源器件，使系統復雜化，技術難度大。1968年Hach研制出雙參考溫度自動增益補償微波輻射計，是通過兩個已知參考源的差值變化來調整后置信號放大器增益，以補償系統增益變化。該輻射計要求很高的后置反饋控制環(huán)，同時增加了一個參考源，成本較高。在上述方案的基礎上，1990華中科技大學的張祖蔭同志提出了“脈沖調制恒流源噪聲注入零平衡型輻射計”方案，并先后研制成功以8毫米、2厘米及21厘米波段為代表的高精度微波輻射計系列。該方法可消除由于前端損耗和反射引起的測量誤差，進一步提高系統的絕對精度；且由于整機電路和器件工作于恒溫環(huán)境中，可保證系統工作性能穩(wěn)定可靠，但其硬件系統較為復雜，使用很不方便。

為了適應機載、星載條件，中科院長春地理研究所研制出了數字增益補償和實時定標兩種新型微波輻射計(參考文獻：李靖，張俊榮，鄒彤.數字增益補償及實時定標微波輻射計.電子學報，1999，27(3)：49～51)。其數字增益補償型微波輻射計，是將一個基準微波源信號通過微波輻射計系統，在輸出端檢測出系統增益的波動量，再用單片機按此波動量去修正所接收目標的輻射，便可得到真值。本推導過程中假設接收機噪聲T_REC是穩(wěn)定不變的，但實際使用過程中，由于系統存在噪聲波動以及參考源也會發(fā)生變化，這種補償方法勢必會引起測量誤差，從而影響測量的準確度。而實時定標微波輻射計采用了兩個射頻開關和兩個微波基準源，增加了裝置的復雜程度，因而會引入額外誤差。

以上這些輻射計在減小或消除系統增益波動和本機噪聲影響上都收到了一定的效果，但它們要么采用雙參考源，要么采用同步解調和負反饋回路，同時通過AGC去調整系統增益或使用雙參考源來消除系統增益和本機噪聲波動，這些都給輻射計測量的精確度和系統穩(wěn)定性帶來較大影響；同時電路結構復雜，給輻射計的長期使用帶來困難；在推導中進行的多個假設均會給測量帶來不小的誤差。因此系統增益和本機噪聲波動影響的消除、參考噪聲源的選取、輻射亮溫的計算和溫度檢測等問題均是輻射計研制未能很好解決的問題。同時這些輻射計均需進行周期定標，不僅定標結構復雜，還會帶來較大的測量誤差，給輻射計的長期使用帶來困難。

由上分析可知，對微波輻射計而言，系統電路類型的突破性改進是很困難的，隨著計算機技術的發(fā)展，如何充分發(fā)揮微處理技術速度快、體積小、精度高的優(yōu)勢來設計高性能微波輻射計，并簡化其定標結構，將是新型微波輻射計研究的一個重要發(fā)展方向，這對于輻射計在星載平臺的應用顯得尤為重要。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種全數字補償微波輻射計，該微波輻射計不僅體積小、重量輕，而且其靈敏度、穩(wěn)定度高。

本發(fā)明提供的全數字補償微波輻射計，包括天線、匹配負載、微波開關、全功率輻射計、數據采集和控制單元、顯示單元，微波開關的定端與全功率輻射計的輸入端相連，兩個觸點分別與天線和匹配負載的固定端相連，數據采集和控制單元的輸入端與全功率輻射計的輸出端相連，匹配負載的測溫電路輸出端與數據采集和控制單元的輸入端相連，數據采集和控制單元的輸出端與顯示單元的輸入端相連，同時數據采集和控制單元的控制信號輸出端與微波開關的控制端相連；

數據采集和控制單元分別采集微波開關接通匹配負載和接通天線時全功率輻射計的輸出電壓V_Rn和V_An，以及匹配負載的測溫電路輸出端溫度T_Rn，其中n為周期序號；再利用下式計算出被測目標的亮溫值R_An：