專利名稱：基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波遙感和精密測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計。
背景技術(shù)：
微波輻射計是無源微波遙感的核心設(shè)備，是進行地物和目標微波輻射特性探測、成像和判斷的工具。所有高于絕對零度的物體都輻射電磁波信號，在微波頻段物體自身輻射的微波信號是非相干的極其微弱的信號，因此與傳統(tǒng)的接收相干信號且信噪比總是大于I的接收機不同，微波輻射計接收的是比本機噪聲功率小得多的各種物體輻射的噪聲功率，其實質(zhì)是一臺微波波段的高靈敏度接收機，它由天線、寬帶接收機和數(shù)據(jù)記錄或儲存裝置等部分組成，能夠高度精密地測量出很小的輸入噪聲功率的變化，這個變化經(jīng)過輻射計系統(tǒng)后將直接反映在輸出電壓上，通過輸出電壓信號的特征來獲知被探測物體特性。 目前國內(nèi)外常用的微波狄克輻射計都采用同步檢波的工作方式，其同步檢波器(也稱同步解調(diào)器)位于低頻放大器(簡稱低放)與低通濾波器(或積分器)之間；而狄克(Dicke)輸入開關(guān)一端和接收機相連，另一端可在天線和恒溫參考負載之間切換用以調(diào)制接收機輸入信號。當恒溫參考負載的溫度越穩(wěn)定，則微波狄克輻射計獲得的測量精度就越高。為了使微波狄克輻射計長期在各種惡劣條件下工作，必須采用復雜的恒溫電路對參考負載進行恒溫。目前在長期和惡劣的工作條件下，通過恒溫技術(shù)使得參考負載的溫度變化小于O. I度是十分困難的，所以限制了微波狄克輻射計的測量精度。因此需要采用新的方法來微波提高狄克輻射計的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的微波狄克輻射計，不必對微波狄克輻射計的參考負載進行恒溫，而只需要采用測溫電路實時監(jiān)控參考負載溫度的變化，并將監(jiān)控得到的參考負載溫度的變化量代入輻射計定標方程進行修正，即可獲得被測量場景的天線溫度。一種基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計，包括狄克輸入開關(guān)，狄克輸入開關(guān)的第一端依次連接射頻和中頻放大電路、平方率檢波器、低頻放大器、同步檢波器、低通濾波器和數(shù)據(jù)采集處理模塊；狄克輸入開關(guān)的第二端在開關(guān)信號發(fā)生器的驅(qū)動下在參考負載和天線之間切換；在參考負載上設(shè)有測溫電路，測溫電路連接數(shù)據(jù)采集處理模塊；定標時刻，天線溫度Tal和Ta2對應(yīng)的低通濾波器的輸出電壓Val和Va2傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊，測溫電路將檢測的參考負載的物理溫度Tel傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊；測量時刻，低通濾波電路將測量時刻的電壓信號Va傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊，同時測溫電路將測量時刻檢測的參考負載的物理溫度Te2傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊，數(shù)據(jù)采集處理模塊計算被測場
景的天線溫度 Ta = y31 一 'Γ (Va — Vai) + Tal + ’ Δ Te = Te2_Tel。
進一步地，所述參考負載采用帶有溫度實時監(jiān)測電路的匹配負載。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明狄克輻射計無需對參考負載進行恒溫，只需要采用測溫電路實時監(jiān)控參考負載溫度的變化，并將監(jiān)控得到的溫度變化量通過特定算法代入輻射計定標方程進行修正，即可獲得被測量場景的天線溫度。由于恒溫電路的結(jié)構(gòu)通常比較復雜，而且恒溫精度很難優(yōu)于測量精度，因此，基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計不僅簡化了微波狄克輻射計的結(jié)構(gòu)，而且提高了測量精度。


圖I為基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計系統(tǒng)框圖。圖2為天線溫度的修正算法流程圖。 圖3為帶溫度監(jiān)測電路的參考負載圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進一步說明。參見圖I和圖2，由于微波輻射計是一線性系統(tǒng)，故可以利用兩個已知的亮度溫度Tal和Ta2，并測出輻射計輸出電壓Val和Va2輻射計進行定標，并最終求出定標方程為Ta = H (Va-VJ+ Tal(I)
Val Va2上式中，Ta為被測場景的天線溫度，Va為被測場景對應(yīng)的輻射計輸出電壓。在開關(guān)信號發(fā)生器發(fā)出的方波的控制下，狄克(dicke)開關(guān)以頻率4將接收機交替地與天線和參考負載接通，因此接收機在某半個周期內(nèi)接收來自參考負載的熱噪聲信號，而在另外的半個周期內(nèi)接收來自天線的場景熱噪聲信號，這意味著接收機的輸入信號受到輸入開關(guān)的調(diào)制，以保證在一個開關(guān)周期內(nèi)系統(tǒng)的增益基本不變并完成一次測量；此夕卜，同步檢波器也在開關(guān)信號發(fā)生器的控制下，以頻率fs對低頻放大器輸出信號進行同步檢波，其輸出電壓信號Va經(jīng)低通濾波后送入采集電路，將該電壓Va代入公式(I)可以得到Ta;與此同時，測溫電路測量的輸出電壓也送入采集電路后可以得到參考負載的物理溫度。本發(fā)明示例了一種簡單的測溫電路結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該測溫電路包括串接的測溫芯片和電阻，測溫芯片與電阻的相接處連接低通濾波器。測溫芯片的電流會隨著溫度變化而變化，與測溫芯片串接的電阻的電壓也隨之產(chǎn)生變化，通過監(jiān)測電阻的電壓變化即可獲取芯片附近的物理溫度即參考負載的物理溫度。以測溫芯片AD590為例，當AD590輸出電流通過IK歐姆電阻時，溫度每升高1K，AD590的電流就增加luA，這個電阻的壓降為lmV，所以IK歐姆電阻兩端壓降的毫伏數(shù)就是以K為單位的物理溫度，因而可以進一步計算得到輻射計進行場景測量時與輻射計定標時參考負載的物理溫度波動Λ ；?？梢宰C明，由于參考負載的物理溫度的變化，經(jīng)過修正后最終計算得到的場景的亮度溫度為T =(V - V1) + T1 + ΔΤ(2)
Va2在圖3中，測溫負載和測溫芯片例如AD590都封裝在保溫材料中，并保證二者接觸，使得測溫芯片最終獲得的溫度是測溫負載的物理 溫度。測溫芯片AD590將物理溫度的轉(zhuǎn)換成電壓信號并送到采集電路以供后續(xù)處理。
權(quán)利要求
1.一種基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計，包括狄克輸入開關(guān)，狄克輸入開關(guān)的第一端依次連接射頻和中頻放大電路、平方率檢波器、低頻放大器、同步檢波器、低通濾波器和數(shù)據(jù)采集處理模塊；狄克輸入開關(guān)的第二端在開關(guān)信號發(fā)生器的驅(qū)動下在參考負載和天線之間切換；在參考負載上設(shè)有測溫電路，測溫電路連接數(shù)據(jù)采集處理模塊；定標時刻，天線溫度Tal和Ta2對應(yīng)的低通濾波器的輸出電壓Val和Va2傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊，測溫電路將檢測的參考負載的物理溫度Tel傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊；測量時刻，低通濾波電路將測量時刻的電壓信號Va傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊，同時測溫電路將測量時刻檢測的參考負載的物理溫度Te2傳送給數(shù)據(jù)采集處理模塊，數(shù)據(jù)采集處理模塊計算被測場景的天線溫度
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的參考負載，其特征在于，所述參考負載采用帶有溫度實時監(jiān)測電路的匹配負載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于參考負載溫度實時監(jiān)測的微波狄克輻射計，屬于微波被動無源遙感及探測領(lǐng)域。其包括狄克輸入開關(guān)，狄克輸入開關(guān)的第一端依次連接射頻和中頻放大電路、平方率檢波器、低頻放大器、同步檢波器、低通濾波器和數(shù)據(jù)采集處理模塊；狄克輸入開關(guān)的第二端在開關(guān)信號發(fā)生器的驅(qū)動下在參考負載和天線之間切換；在參考負載上設(shè)有測溫電路，測溫電路連接數(shù)據(jù)采集處理模塊。本發(fā)明不必對微波狄克輻射計的參考負載進行恒溫，而只需采用測溫電路實時監(jiān)控參考負載溫度的變化，并將監(jiān)控得到的參考負載溫度的變化量代入輻射計定標方程進行修正，即可獲得被測量場景的天線溫度。本發(fā)明不僅提高了測量精度，而且簡化了現(xiàn)有微波狄克輻射計的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H04B1/10GK102680803SQ20121013668
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者張祖蔭, 李青俠, 桂良啟, 賀林峰, 郎量, 郭偉, 陳柯 申請人:華中科技大學