[發明專利]一種用于狄克型輻射計的零平衡數字組合積分器

有效

• 申請號: 201610023858.9
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105700850B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 王彩云;郭偉;萬珺之
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心;開元銳德（北京）光電科技有限公司
• 主分類號: G06F7/509
• 分類號: G06F7/509
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,劉振

技術領域

本發明涉及遙感測量技術領域，涉及一種用于狄克型輻射計的零平衡數字組合積分器。

背景技術

輻射計是一種靈敏度較高的被動遙感器，用于測量物質的熱電磁輻射。根據普朗克量子理論，任何溫度高于絕對零度的物質都將輻射電磁能。被觀測目標的電磁輻射被輻射計天線接收并被傳遞到高靈敏度的接收機中進行放大處理，再運用一些反演方法即可獲取被觀測目標的信息。根據輻射傳遞理論，饋入天線的溫度T_A'與經由天線送到接收機的功率P_A'存在P_A'＝KT_A'B的關系，其中K為波爾茲曼常數，B為接收機有效帶寬，T_A'即輻射計要測量的物理量，T_A'代表了由天線傳遞到接收機的輻射功率，這個測量結果由兩個重要屬性來表征，即準確度和精密度，其中，精密度也稱作輻射計的輻射測量靈敏度或分辨率，它是表征輻射計的關鍵參數。

目前常用的輻射計分為全功率型輻射計和狄克型輻射計。

全功率型輻射計原理圖如圖1所示。在全功率輻射計中，與天線相連的是有效帶寬為B，總功率增益為G的超外差接收機(圖1中虛線框內的部分)，超外差接收機依次連接檢波器、低通濾波器，低通濾波器輸出電壓為V_out。

全功率型輻射計的等效原理圖如圖2所示。圖2中天線部分被一輸出功率為P_A'＝KT_A'B的噪聲源替代；接收機(包含傳輸線)由一無噪接收機和輸出功率為P_REC'＝KT_REC'B的輸入噪聲源組合所代替，其中，T_REC'是傳輸線-接收機組合的等效輸入噪聲溫度。系統的總輸入噪聲功率為P_SYS＝P_A'+P_REC'＝KT_SYSB,式中，T_SYS＝T_A'+T_REC'。

根據理論分析，全功率型輻射計的輻射測量靈敏度ΔT可表示為其中，ΔT_N表示僅由噪聲起伏而引起的測量不確定性，其中B是接收機的有效帶寬，τ為等效積分時間；ΔT_G表示由接收機系統增益變化引起的測量不確定性，其中，G_S是平均的系統功率增益，ΔG_S是檢測到的功率增益變化的有效值。在實際的遙感觀測中，輻射測量靈敏度主要決定于系統增益的變化。例如，對于常用的L波段接收機，設計參數如下：T_SYS＝600K，B＝100MHz，τ＝0.01s，ΔG_S/G_S＝0.01，若天線溫度T_A'在300K附近，則可得到如下結果：ΔT_N＝0.9K，ΔT_G＝9K，ΔT＝9.05K。也就是說，輻射測量靈敏度實際上主要決定于增益的變化。在遙感觀測中所要求的靈敏度通常是1K或更小量級，這就要求必須改善增益變化因子(ΔG_S/G_S)。對于工作頻率較低的輻射計，可采用控制電源電壓和環境溫度的方法，使增益變化降低一個量級或更好一些；但對于較高的頻段，要制造出滿足使用要求的ΔG_S/G_S≤10^-4的高穩定性接收機是非常困難的。為解決這一難題，又設計出狄克型輻射計，狄克型輻射計的原理框圖如圖3所示。

由狄克型輻射計組成框圖可以看出，相比全功率型輻射計，具有兩個附加特點：(1)有一個狄克開關，與接收機輸入端連接(在盡可能靠近天線的地方)，用于調制接收機輸入信號；(2)有一個同步檢波器，與狄克開關配合使用。調制是使接收機輸入端周期性的在天線T_A'與參考源T_REF之間切換，采用的開關速率要高于接收機增益變化譜上最高的有影響的譜分量。也就是說，在接收機與天線連接的半周期內，以及在與參考噪聲源連接的半周期內，G_S是相同的。對于接通天線的前半周期與接通參考源的后半周期，檢波器直流輸出表示為：