一种多通道成像辐射计的通道改善系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多通道成像辐射计的通道改善系统及其方法，包括N个辐射计前端通道，每个辐射计前端通道后方均连接一个独立的模拟信号调节模块，所有的模拟信号调节模块均连接在同一个数字信号处理器上，每个单通道模拟信号调节模块包括求和器、滤波器、数控增益放大器、A/D转换器和D/A转换器，每个单通道模拟信号调节模块上的A/D转换器用于采集一个辐射计前端通道输出的强背景信号，通过数字信号处理器的信号运算得到背景信号的抵消信号。本发明专利技术通过上述原理，在不对多通道辐射计前端做特殊要求的情况下，结合模拟信号调节和数字信号调节，实现多通道成像辐射计通道一致性的改善和亮温灵敏度的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道成像辐射计的通道改善系统及其方法
本专利技术涉及一种多通道辐射计的成像技术，具体涉及一种多通道成像辐射计的通道改善系统及其方法。
技术介绍
自然界的物体均存在微波热辐射，辐射计正是接收这种辐射能量进行分析处理的重要工具，是被动式微波遥感的主要仪器。辐射计不向外发射探测信号，只接收被测区域的辐射信号，具有非常高的抗干扰性和隐藏性，在安检、军事、气象、农林、地质、海洋环境监测等领域具有广阔的应用前景。早期的单通道机械扫描辐射计因为扫描速度慢、对移动物体的检测性能不好等原因已逐渐被淘汰，目前的发展趋势是多通道并行扫描结构。对按一定聚焦阵列排列的多个辐射计通道同时进行采集和处理，可以得到被测区域的辐射图像，从而实现多通道辐射计的成像功能。当前多通道成像辐射计所面临的主要电路问题是通道一致性差和亮温灵敏度低的问题。由于接收到的辐射能量十分微弱，辐射计前端需要将接收到的辐射信号经过低噪声放大和宽带检波等处理，转换成合适的电压信号供信号处理系统进行采集和处理。辐射计前端模块常采用混合集成电路形式，由于芯片装配过程中跳金丝、波导过渡等工艺问题，在加工和装配各通道电路时，很难控制各个通道的一致性。主要体现为如下两方面的不一致性：⑴通道的输出不一致。由于不同通道检波前的总增益和检波器的检波灵敏度不同，导致相同辐射能量输入情况下，各个通道输出电压的不一致；⑵通道的亮温灵敏度不一致。器件的离散性、噪声系数、增益波动等因素都会影响通道的亮温灵敏度，这些因素对于不同通道的影响是不同的，从而导致相同变化的辐射能量输入，各通道的输出不同，即亮温灵敏度不一致。这种通道不一致性会严重影响辐射计成像质量。多通道成像辐射计往往应用在强背景下的微弱目标检测场景中。由于强背景形成电路中的强直流信号，该信号限制了通道的放大参数提高，也就是限制了通道的亮温灵敏度提高，这会明显影响微弱目标的识别和检测。在现有技术中，针对多通道成像辐射计的以上问题，主要有两种处理方法：(1)辐射计前端精细调整控制方法。辐射计前端精细调整控制方法是组装前对每个通道的前端元件参数进行精细的调整以改善通道一致性，但通道参数往往是时变和温变的，这种方法很难保证常期和稳定的通道一致性，且工作量非常大，不利于批量生产。(2)信号处理系统校准方法。信号处理系统校准方法主要是在AD采样后的数字域进行通道系数调整实现，这种方法灵活，辅助于校准源可以做到实时校准。但由于强背景信号的存在，单依赖于数字处理方法，不能改善成像系统的亮温灵敏度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现多通道成像辐射计通道一致性的改善和亮温灵敏度的提高，目的在于提供一种多通道成像辐射计的通道改善系统及其方法，在不对多通道辐射计前端做特殊要求的情况下，结合模拟信号调节和数字信号调节，实现多通道成像辐射计通道一致性的改善和亮温灵敏度的提高。本专利技术通过下述技术方案实现：一种多通道成像辐射计的通道改善系统，包括N个辐射计前端通道，每个辐射计前端通道后方均连接一个独立的模拟信号调节模块，所有的模拟信号调节模块均连接在同一个数字信号处理器上，每个单通道模拟信号调节模块包括求和器、滤波器、数控增益放大器、A/D转换器和D/A转换器，每个单通道模拟信号调节模块上的A/D转换器用于采集一个辐射计前端通道输出的强背景信号，通过数字信号处理器的信号运算得到背景信号的抵消信号，将此抵消信号经D/A转换器转换成模拟信号，经过滤波器的滤波后输入到求和器，求和器将抑制强背景分量后的信号经过滤波器滤波后输入数控增益放大器，数控增益放大器对抑制强背景分量后的信号进行放大。本方案中A/D采集辐射计前端输出的强背景信号，通过信号运算得到背景信号的抵消信号，将此抵消信号经D/A转换器转换成模拟信号，滤波后输入到求和器，实现辐射计前端输出的强背景信号在模拟域中的抑制。通道成像辐射计的亮温灵敏度存在两个问题：一是单位亮温变化引起的辐射计输出电压变化小，即通道的亮温灵敏度低；二是同样的亮温变化，不同辐射计通道的输出电压变化不同，即通道的亮温灵敏度不一致。本专利技术利用数控增益放大器对抑制强背景分量后的信号进行放大，从而提高通道的亮温灵敏度。本专利技术提出的采集辐射计前端输出的强背景电压信号，通过信号运算得到背景信号的抵消信号，输入到求和器，实现强背景信号在模拟域中的抑制。以及通过数控增益放大器和数字域的调节有效解决多通道辐射计通道的不一致性问题。本专利技术在解决辐计射通道一致性问题的过程中同时有效地提高了辐射计的亮温灵敏度的问题。本专利技术在后端对辐射计的通道一致性和亮温灵敏度进行自动改善，这种系统降低了对前端的要求，非常有利于多通道成像辐射计的批量生产。本专利技术能提高多通道成像辐射计的成像质量和微弱目标检测、识别性能，并有利于产品的批量生产和智能化应用。同时本专利技术的思想和方法也可应用其他类似的场景。优选的，每个单通道模拟信号调节模块上的数控增益放大器的放大倍数根据各个辐射计前端通道之间亮温灵敏度的差异进行单独调整。当同样的亮温变化，不同辐射计通道的输出电压变化不同，即通道的亮温灵敏度不一致时，则可以根据各个通道之间亮温灵敏度的差异调整各个通道的数控增益放大器的放大倍数，进一步改善通道间亮温灵敏度的一致性。由于不同通道的数控增益放大器存在参数差异，各个通道的一致性仍可能存在细微差异，本专利技术进一步地在数字域中，优选的，数字信号处理器通过系数加乘运算实现对N个辐射计前端通道间亮温灵敏度的一致性进行调节。优选的，系数加乘运算通过辐射计前端通道输出电压信号与目标亮温的线性关系，计算各个辐射计前端通道的背景信号进行抑制，并根据这一线性关系确定数控增益放大器的放大倍数。优选的，辐射计前端通道输出电压信号与目标亮温的线性关系采用定标法来确定，选择两个亮温特性已知的辐射定标源，数字信号处理器探测区域的亮温变化处于两个定标源的亮温之间，将定标源分别安置在辐射计扫描范内的固定区域，根据这两个定标源的亮温以及相应的辐射计前端输出电压信号，确定目标亮温与辐射计前端输出电压的线性关系式为：Vn＝An(T-TL)+VnL，1≤n≤N，VnL为第n辐射计前端通道的在定标源TL时的输出电压信号，An为第n辐射计前端通道的亮温灵敏度。优选的，N的取值为大于等于2的正整数。一种多通道成像辐射计的通道改善方法，包括如下步骤：S1、辐射计前端通道初始化，将辐射计前端通道的背景抑制D/A转换器置为零，将数控增益放大器的增益设置为1；S2、记录扫描到定标源TL时的A/D采样信号VL；S3、若VL小于预设的电压阈值VLth，则不需要对该通道的背景分量进行抑制，进入步骤S4；否则由VL可得到-VL对应的背景抑制D/A参数，并送入D/A转换器产生模拟调节信号，经滤波器后送入求和器，以实现对该通道的直流背景分量进行抑制，然后进入步骤S4；S4、记录扫描到定标源TH时的A/D采样信号VH；S5、若VH未饱和，且大于预设的电压阈值VHth，不需要进行亮温灵敏度的改善，进入步骤S6；若VH小于预设的电压阈值VHth，则需要对该通道的亮温灵敏度进行改善，增大数控增益放大器的增益，增益为G＝VHth/VH，进入步骤S6；S6、在数字域对辐射计前端通道一致性和亮温灵敏度进行精细调整，在扫描范围内，所有测量数据在数字域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道成像辐射计的通道改善系统，包括N个辐射计前端通道，其特征在于，每个辐射计前端通道后方均连接一个独立的模拟信号调节模块，所有的模拟信号调节模块均连接在同一个数字信号处理器上，每个单通道模拟信号调节模块包括求和器、滤波器、数控增益放大器、A/D转换器和D/A转换器，每个单通道模拟信号调节模块上的A/D转换器用于采集一个辐射计前端通道输出的强背景信号，通过数字信号处理器的信号运算得到背景信号的抵消信号，将此抵消信号经D/A转换器转换成模拟信号，经过滤波器的滤波后输入到求和器，求和器将抑制强背景分量后的信号经过滤波器滤波后输入数控增益放大器，数控增益放大器对抑制强背景分量后的信号进行放大。

【技术特征摘要】
1.一种多通道成像辐射计的通道改善系统，包括N个辐射计前端通道，其特征在于，每个辐射计前端通道后方均连接一个独立的模拟信号调节模块，所有的模拟信号调节模块均连接在同一个数字信号处理器上，每个单通道模拟信号调节模块包括求和器、滤波器、数控增益放大器、A/D转换器和D/A转换器，每个单通道模拟信号调节模块上的A/D转换器用于采集一个辐射计前端通道输出的强背景信号，通过数字信号处理器的信号运算得到背景信号的抵消信号，将此抵消信号经D/A转换器转换成模拟信号，经过滤波器的滤波后输入到求和器，求和器将抑制强背景分量后的信号经过滤波器滤波后输入数控增益放大器，数控增益放大器对抑制强背景分量后的信号进行放大。2.根据权利要求1所述的一种多通道成像辐射计的通道改善系统，其特征在于，每个单通道模拟信号调节模块上的数控增益放大器的放大倍数根据各个辐射计前端通道之间亮温灵敏度的差异进行单独调整。3.根据权利要求1或2所述的一种多通道成像辐射计的通道改善系统，其特征在于，数字信号处理器通过系数加乘运算实现对N个辐射计前端通道间亮温灵敏度的一致性进行调节。4.根据权利要求3所述的一种多通道成像辐射计的通道改善系统，其特征在于，系数加乘运算通过辐射计前端通道输出电压信号与目标亮温的线性关系，计算各个辐射计前端通道的背景信号进行抑制，并根据这一线性关系确定数控增益放大器的放大倍数。5.根据权利要求4所述的一种多通道成像辐射计的通道改善系统，其特征在于，辐射计前端通道输出电压信号与目标亮温的线性关系采用定标法来确定，选择两个亮温特性已知的辐射定标源，数字信号处理器探测区域的亮温变化处于两个定标源的亮温之间，将定标源分别安置在辐射计扫描范内的固定区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：李廷军，杨海宁，欧阳光亮，江海峰，张永鸿，樊勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51