数字自动补偿微波辐射计制造技术

一种由天线（１）、微波开关（２）、全功率微波辐射计接收机（４）和数字自动补偿系统（５）构成的增益波动数字自动补偿微波辐射计，其特征是数字自动补偿系统（５）以单片机（７）为核心，由受单片机（７）控制的Ａ／Ｄ转换器（６）、单片机（７）、ＥＰＲＯＭ程序存储器（８）、ＰＡＭ数据存储器（９）、Ｄ／Ａ转换器（１０）、ＬＥＤ输出显示器（１１）等部件及运行软件构成。这种新型的微波辐射计具有最小检测信号小、体积小、重量轻、功耗低、易于制作、稳定可靠等优点，便于在各种航天遥感中应用。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

数字自动补偿微波辐射计，涉及高灵敏度接收机，具体涉及等效系统增益不变的高稳定的微波辐射计。微波辐射计是用来接收目标或背影的微波辐射强度的极灵敏的接收机。二十世纪三十年代发展起来的射电天文学就是利用微波辐射计接收宇宙中某一星座或银河系中的微波辐射，从而观察、研究天体的演变。七十年代随着航天技术的发展，微波辐射技术又成为对陆地、海洋、大气遥感的重要的微波遥感器。应用中要求微波辐射计能从系统噪声中提取出10-4-10-5的目标的变化信号，这就必须使微波辐射计具有极高的稳定性和灵敏度。自从微波辐射计诞生起，人们就不断为提高其性能而努力，产生了多种类型的高性能的微波辐射计，其中比较先进的有负反馈零平衡Dicke型、双参考型微波辐射计。其原理如下微波辐射计最小可检测信号由系统噪声的不确定性(灵敏度)和系统增益的不确定性(稳定性)共同决定。灵敏度由下式表示ΔTrms=aTeffBHF·τ......(1)]]>其中BHF——高频噪声带宽，由中放带宽决定；τ——低频噪声带宽的等效积分常数；a——辐射计常数，全功率型a＝1；Teff——有效噪声温度，包括天线接收目标噪声，温度和接收机本身噪声折合到天线上的噪声温度。稳定度由下式表示ΔTst=Teff·ΔGG......(2)]]>其中G——检波器前系统的总增益；ΔG——增益的变化量。系统的最小可检测信号为ΔTmin=ΔTrms2+&;Delta;Tst2.....(3)]]>对一台微波接收机，即全功率接收机来说，稳定度ΔTst比灵敏度ΔTrms要大两个数量级以上，即稳定度ΔTst限制着辐射计的最小可检测信号ΔTmin。为了克服这一弊病，1946年Dicke采用单刀双掷微波开关，使接收机交替接收天线信号TA和参考源信号TR，在平方律检波后进行相关检波和相减处理，使稳定度为ΔTst=(TA-TR)·ΔGG.....(4)]]>|TA-TR|可比Teff小一到两个数量级，大大提高了稳定度。这就是Dicke型微波辐射计，使微波辐射计向实用化迈进了一大步。然而因为工作中一半时间接收有用信号，所以式(1)中的辐射计常数a＝2，使灵敏度下降，利用一个反馈环，TR随TA变动，使TR＝TA，则使(4)式变为零，消除了增益不稳定的影响，这就是零平衡Dicke型接收机，用两个固定差值的参考源代替Dicke接收机的参考源，用一刀三掷微波开关依次接通天线→高温参考源→低温参考源→天线→……，并相继循环下去。通过接收系统后，检出高温源和低温源的差值与标准比较，从差值变化量判定增益的变化，用此变化量控制天线信号通过的后置放大器的增益，从而补偿了系统的增益变化，这就是系统增益不变的ΔG＝0的双参考型微波辐射计。然而在负反馈零平衡Dicke型微波辐射计中采用了大反馈环，在双参考型微波辐射计中采用了高、低温微波参考源和后置反馈、控制环等技术，这些技术要求很高，难于实现和掌握，并使仪器的体积增大、重量加重、功耗提高。本专利技术的目的是利用数字信号处理技术使系统等效增益不变，具有最小可检测信号小、体积小、重量轻、功耗低、易于制作、稳定可靠等优点，适於苛刻条件下使用的航天遥感的要求。附图说明图1示出增益波动数字自动补偿微波辐射计原理方框图。微波开关(2)在数字自动补偿系统(5)的控制下接通天线(1)(TA)或参考源(3)(TR)，经全功率微波辐射计接收机(4)的混频、中放、平方律检波和积分后，进入数字自动补偿处理系统。经自动补偿处理后输出接收目标的精确强度信号。图2给出了数字自动补偿系统(5)的方框图。如图所示，其特征是数字自动补偿系统(5)是以单片机(7)为核心，由受单片机(7)控制的A/D转换器(6)、EPROM程序存储器(8)、RAM数据存储器(9)、D/A转换器(10)、LED输出显示器(11)和PC机(13)等部件组成，单片机(7)的一端与将全功率微波辐射计接机(4)输出的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器(6)相联接，其它端又分别与存入支配“数字补偿微波辐射计”的全部程序的EPROM程序存储器(8)、存入标准信号的RAM数据存储器(9)、将数字信号转换成模拟信号的D/A转换器(10)、显示检测信号值的LED输出显示器(11)、后接PC机(13)的通信接口(12)相联接，为控制数字补偿系统(5)与参考源(3)、天线(1)的通断时间，单片机(7)的一个输出端与微波开关(2)的控制端相联接、工作时序如图3所示，所有的工作都按存储在EPROM程序存储器(8)中的程序进行。t＝0时，开机，ts是仪器稳定时间和采取标准值时间，一般稳定时间在20分钟左右。tR—微波开关接通参考电源时间；tA—微波开关接通天线时间；tR+tA＝tC—增益补偿周期。一般tR为3-5个辐射计的积分时间常数。tA为30秒到1分钟，根据具体辐射计系统稳定性而定。工作过程微波辐射计开机后，经15-30分钟，仪器达到稳定状态。数字补偿系统(5)控制微波开关(2)接通参考源(3)、A/D转换器(6)采集辐射计接收机(4)的输出电压，经单片机(7)进行平均处理，获得VTR值，存入PAM数据存储器(9)中，这是建立标准VTR。如果经过长期测量得到稳定不变的标准，可将此标准永远存于EPROM程序存储器(8)中。此时就是将EPROM程序存储器(8)中的标准VTR转存到RAM数据存储器(9)中。数字自动补偿系统(5)控制微波开关(2)在tR时间内接通参考源(3)，A/D转换器(6)获得V′TR值，存入RAM数据存储器(9)中；进入tA时间内接通天线(1)，A/D转换获得V′TA值，存入RAM数据存储(9)中。从RAM数据存储器(9)中分别取出VTR、V′TR、V′TA的值，进行如下运算VTA=VTRVTR′·VTA′......(5)]]>VTA即是增益补偿后辐射计接收目标信号的准确值，V′TR/VTR为补偿系数。准确信号经D/A转换器(10)转换成模拟信号输出，LED显示器(11)上显示出VTA的码数值或绝对温度值。经RS-232通讯接口(12)，可将VTA输出到PC机(13)以存盘。按补偿周期tC重复进行上述动作，程序流程如图4所示。图5是电路联接图。综上所述，新型的数字自动补偿微波辐射计是一种等效辐射计系统增益不变的微波辐射计。其灵敏度优于Dicke型和双参考型，与全功率型相同；稳定性与负反馈零平衡Dicke型、双参考型相同。因为去掉了零平衡中的大反馈环，从而省掉了几个微波部件，避开了反馈调整难于掌握的技术。与双参考型相比省掉了高、低温微波参考源和要求很高的后置反馈控制环。因此具有最小检测信号小、体积小、重量轻、功耗低、易于制作、稳定可靠等优点，便于在各种航天遥感中应用。图1为数字自动补偿微波辐射计原理方框图；图2为数字补偿系统方框图；图3为仪器工作时序；图4为仪器工作流程图；图5为电路联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增益波动数字自动补偿微波辐射计，由天线（１）、微波开关（２）、参考源（３）、全功率微波辐射计接收机（４）和数字自动补偿系统（５）组成，其特征是数字自动补偿系统（５）以单片机（７）为核心，由受单片机（７）控制的Ａ／Ｄ转换器（６）、ＥＰＲＯＭ程序存储器（８）、ＲＡＭ数据存储器（９）、Ｄ／Ａ转换器（１０）、ＬＥＤ输出显示器（１１）和ＰＣ机（１３）等部件组成，单片机（７）的一端与将全功率微波辐射计接收机（４）输出的模拟信号转换成数字信号的Ａ／Ｄ转换器（６）相联接，其它端又分别与存入支配“数字补偿微波辐射计”全部程序的ＥＰＲＯＭ程序存储器（８）、存入标准信号的ＲＡＭ数据存储器（９）、将数字信号转换成模拟信号的Ｄ／Ａ转换器（１０）、ＬＥＤ输出显示器（１１）、后接ＰＣ机（１３）的通讯接口（１２）相联接，为控制数字自动补偿系统（５）与参考源（３）、天线（１）的通断时间，单片机（７）的一个输出端与微波开关（２）的控制端相联接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊荣，赵凯，
申请(专利权)人：中国科学院长春地理研究所，
类型：实用新型
国别省市：22[中国|吉林]