[實(shí)用新型]一種全數(shù)字補(bǔ)償微波輻射計(jì)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820065580.2
• 申請(qǐng)日: 2008-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201207064Y
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桂良啟;郎量;陳柯;黃全亮;郭偉;張祖蔭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R29/08
• 分類(lèi)號(hào): G01R29/08;G01S1/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于微波遙感、制導(dǎo)和精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全數(shù)字補(bǔ)償微波輻射計(jì)。

背景技術(shù)

微波輻射計(jì)是無(wú)源微波遙感的核心設(shè)備，是進(jìn)行地物背景和目標(biāo)的微波輻射特性探測(cè)、成像和判斷的唯一工具。

微波輻射計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是從圖形到成像輻射計(jì)，從低分辨率輻射計(jì)到高度分辨率輻射計(jì)。通常微波輻射計(jì)輸出波動(dòng)由本機(jī)噪聲不確定性和系統(tǒng)增益不確定性決定，為減少系統(tǒng)增益不穩(wěn)定和本機(jī)噪聲波動(dòng)對(duì)輻射計(jì)輸出的影響，人們采用了各種辦法，研制出了不同類(lèi)型的輻射計(jì)。首先，在全功率輻射計(jì)的基礎(chǔ)上，1946年Dicke研制出Dicke輻射計(jì)，采用單刀雙擲微波開(kāi)關(guān)，大大減少了增益波動(dòng)的影響，使微波輻射計(jì)走向?qū)嵱没５@種方法只有在天線(xiàn)溫度同參考源溫度相等時(shí)，才能全部消除接收機(jī)增益波動(dòng)的影響。1967年Goggins研制出負(fù)反饋零平衡微波輻射計(jì)，但PIN二極管會(huì)或多或少地引入散彈噪聲，同時(shí)增加了負(fù)反饋回路和幾個(gè)微波有源、無(wú)源器件，使系統(tǒng)復(fù)雜化，技術(shù)難度大。1968年Hach研制出雙參考溫度自動(dòng)增益補(bǔ)償微波輻射計(jì)，是通過(guò)兩個(gè)已知參考源的差值變化來(lái)調(diào)整后置信號(hào)放大器增益，以補(bǔ)償系統(tǒng)增益變化。該輻射計(jì)要求很高的后置反饋控制環(huán)，同時(shí)增加了一個(gè)參考源，成本較高。在上述方案的基礎(chǔ)上，1990華中科技大學(xué)的張祖蔭同志提出了“脈沖調(diào)制恒流源噪聲注入零平衡型輻射計(jì)”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(jì)系列。該方法可消除由于前端損耗和反射引起的測(cè)量誤差，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的絕對(duì)精度；且由于整機(jī)電路和器件工作于恒溫環(huán)境中，可保證系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，但其硬件系統(tǒng)較為復(fù)雜，使用很不方便。

為了適應(yīng)機(jī)載、星載條件，中科院長(zhǎng)春地理研究所研制出了數(shù)字增益補(bǔ)償和實(shí)時(shí)定標(biāo)兩種新型微波輻射計(jì)(參考文獻(xiàn)：李靖，張俊榮，鄒彤.數(shù)字增益補(bǔ)償及實(shí)時(shí)定標(biāo)微波輻射計(jì).電子學(xué)報(bào)，1999，27(3)：49～51)。其數(shù)字增益補(bǔ)償型微波輻射計(jì)，是將一個(gè)基準(zhǔn)微波源信號(hào)通過(guò)微波輻射計(jì)系統(tǒng)，在輸出端檢測(cè)出系統(tǒng)增益的波動(dòng)量，再用單片機(jī)按此波動(dòng)量去修正所接收目標(biāo)的輻射，便可得到真值。本推導(dǎo)過(guò)程中假設(shè)接收機(jī)噪聲TREC是穩(wěn)定不變的，但實(shí)際使用過(guò)程中，由于系統(tǒng)存在噪聲波動(dòng)以及參考源也會(huì)發(fā)生變化，這種補(bǔ)償方法勢(shì)必會(huì)引起測(cè)量誤差，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。而實(shí)時(shí)定標(biāo)微波輻射計(jì)采用了兩個(gè)射頻開(kāi)關(guān)和兩個(gè)微波基準(zhǔn)源，增加了裝置的復(fù)雜程度，因而會(huì)引入額外誤差。

以上這些輻射計(jì)在減小或消除系統(tǒng)增益波動(dòng)和本機(jī)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(diào)和負(fù)反饋回路，同時(shí)通過(guò)AGC去調(diào)整系統(tǒng)增益或使用雙參考源來(lái)消除系統(tǒng)增益和本機(jī)噪聲波動(dòng)，這些都給輻射計(jì)測(cè)量的精確度和系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來(lái)較大影響；同時(shí)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給輻射計(jì)的長(zhǎng)期使用帶來(lái)困難；在推導(dǎo)中進(jìn)行的多個(gè)假設(shè)均會(huì)給測(cè)量帶來(lái)不小的誤差。因此系統(tǒng)增益和本機(jī)噪聲波動(dòng)影響的消除、參考噪聲源的選取、輻射亮溫的計(jì)算和溫度檢測(cè)等問(wèn)題均是輻射計(jì)研制未能很好解決的問(wèn)題。同時(shí)這些輻射計(jì)均需進(jìn)行周期定標(biāo)，不僅定標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差，給輻射計(jì)的長(zhǎng)期使用帶來(lái)困難。

由上分析可知，對(duì)微波輻射計(jì)而言，系統(tǒng)電路類(lèi)型的突破性改進(jìn)是很困難的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，如何充分發(fā)揮微處理技術(shù)速度快、體積小、精度高的優(yōu)勢(shì)來(lái)設(shè)計(jì)高性能微波輻射計(jì)，并簡(jiǎn)化其定標(biāo)結(jié)構(gòu)，將是新型微波輻射計(jì)研究的一個(gè)重要發(fā)展方向，這對(duì)于輻射計(jì)在星載平臺(tái)的應(yīng)用顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種全數(shù)字補(bǔ)償微波輻射計(jì)，該微波輻射計(jì)不僅體積小、重量輕，而且其靈敏度、穩(wěn)定度高。

本實(shí)用新型提供的全數(shù)字補(bǔ)償微波輻射計(jì)，包括天線(xiàn)、匹配負(fù)載、微波開(kāi)關(guān)、全功率輻射計(jì)、數(shù)據(jù)采集和控制單元、顯示單元，微波開(kāi)關(guān)的定端與全功率輻射計(jì)的輸入端相連，兩個(gè)觸點(diǎn)分別與天線(xiàn)和匹配負(fù)載的固定端相連，數(shù)據(jù)采集和控制單元的輸入端與全功率輻射計(jì)的輸出端相連，匹配負(fù)載的測(cè)溫電路輸出端與數(shù)據(jù)采集和控制單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)采集和控制單元的輸出端與顯示單元的輸入端相連，同時(shí)數(shù)據(jù)采集和控制單元的控制信號(hào)輸出端與微波開(kāi)關(guān)的控制端相連；

數(shù)據(jù)采集和控制單元分別采集微波開(kāi)關(guān)接通匹配負(fù)載和接通天線(xiàn)時(shí)全功率輻射計(jì)的輸出電壓V_Rn和V_An，以及匹配負(fù)載的測(cè)溫電路輸出端溫度T_Rn，其中n為周期序號(hào)；再利用下式計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的亮溫值T_An：

其中，G_S1為系統(tǒng)初始增益。