RU2510513C2

RU2510513C2 - Radiometer with three-point modulation

Info

Publication number: RU2510513C2
Application number: RU2012120150/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Верба; Виктор Алексеевич Плющев; Игорь Александрович Сидоров
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2014-03-27
Also published as: RU2012120150A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.SUBSTANCE: radiometer with three-point modulation comprises series-connected receiving antenna, three-input microwave switch, high frequency amplifier, square-law detector, low frequency amplifier, synchronous filter, synchronous detector, multiplication-division unit and recorder, wherein modulation control signals from a modulation control device are transmitted to control inputs of the microwave switch, synchronous filter and synchronous detector. The device also includes "hot" and "cold" reference matched loads and structurally connected thereto thermal sensors of the "hot" and "cold" reference matched loads, outputs of which are connected to inputs of the multiplication-division unit, and a heating element. The device includes a solid-state "cold" noise source, the output of which is connected to the input of the microwave switch, a thermal sensor for the solid-state "cold" noise source, structurally connected to the solid-state "cold" noise source, the output of which is connected to the input of the modulation control device, a microwave circulator, the first input of which is connected to the output of the microwave switch; the second input of the microwave circulator is connected to the "cold" reference matched load; the output of the microwave circulator is connected to the input of the high frequency amplifier. The circulation direction of the microwave circulator is selected from the second input to the first input and from the first input to the output.EFFECT: high measurement accuracy.3 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к СВЧ-радиометрическим приемникам для техники дистанционного зондирования земной поверхности и мирового океана, в частности к СВЧ-радиометрии.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to microwave radiometric receivers for remote sensing techniques of the earth's surface and the oceans, in particular microwave radiometry.

Изобретение может быть использовано для измерения и регистрации радиояркостных температур собственного радиотеплового излучения подстилающей поверхности и может применяться в народном хозяйстве.The invention can be used to measure and record radio brightness temperatures of its own thermal radiation from the underlying surface and can be used in the national economy.

Известны схемы модуляционных радиометров, в которых применяется модуляция и непрерывная внутренняя калибровка по двум опорным источникам с различными температурами. [Е.Д.Бирюков, В.А.Плющев, И.А.Сидоров. Радиометр. АС №1734468, приоритет от 19.10.1989 г. МКИ: G01R 29/08]Known modulation radiometer circuits in which modulation and continuous internal calibration are applied to two reference sources with different temperatures. [E. D. Biryukov, V. A. Plyushchev, I. A. Sidorov. Radiometer. AC No. 1734468, priority dated 10/19/1989 MKI: G01R 29/08]

Из известных устройств наиболее близким [1] можно считать радиометр с двухопорной модуляцией [Авторы: О.Б.Белоусов, В.А.Плющев, И.А.Сидоров, С.И.Галаган. Обработка информации тепловой пассивной РЛС средствами программируемой логики. Сборник трудов 57 Научно-технической конференции Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования. Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (Технический университет), Часть третья, Технические науки, Москва, 2008 г., стр.19-24], содержащий последовательно соединенные, приемную антенну, являющуюся входом устройства, трехвходовый СВЧ-переключатель, усилитель высокой частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты, синхронный фильтр, синхронный детектор, блок вычисления множительно-делительной операции и регистратор, на управляющие входы СВЧ-переключателя, синхронного фильтра и синхронного детектора подаются сигналы управления модуляцией от прибора управления модуляцией, а также «горячую» и «холодную» эталонные согласованные нагрузки, выходы которых соединены со входами СВЧ-переключателя, и конструктивно связанные с ними термодатчики «горячей» и «холодной» эталонных согласованных нагрузок, выходы которых соединены со входами блока вычисления множительно-делительной операции, и нагревательный элемент, конструктивно связанный с «горячей» эталонной согласованной нагрузкой и нагревающий ее до температуры выше температуры «холодной» эталонной согласованной нагрузки.Of the known devices, the closest [1] can be considered a radiometer with two-support modulation [Authors: O. B. Belousov, V. A. Plushchev, I. A. Sidorov, S. I. Galagan. Information processing of thermal passive radar by means of programmable logic. Proceedings of the 57th Scientific and Technical Conference of the State Educational Institution of Higher Professional Education. Moscow State Institute of Radio Engineering, Electronics and Automatics (Technical University), Part Three, Technical Sciences, Moscow, 2008, pp. 19-24], containing a series-connected, receiving antenna, which is the input of the device, three-input microwave switch, high-power amplifier frequencies, a quadratic detector, a low-frequency amplifier, a synchronous filter, a synchronous detector, a unit for calculating a multiplication-dividing operation, and a registrar, to the control inputs of a microwave switch, a synchronous filter, and a synchronous detector The control signals the modulation from the modulation control device, as well as the “hot” and “cold” reference matched loads, the outputs of which are connected to the inputs of the microwave switch, and the temperature sensors of the “hot” and “cold” reference matched loads, the outputs which are connected to the inputs of the unit for calculating the multiplication-dividing operation, and a heating element structurally connected to the “hot” reference matched load and heating it to a temperature above the temperature “x lodnoy "reference the termination.

Основным признаком технического решения является то, что благодаря наличию двух эталонных согласованных нагрузок с различными температурами, процесс модуляции совмещен с процессом непрерывной внутренней калибровки так, что на выходе радиометра непрерывно регистрируются значения антенных температур, вычисленные по формуле (1):The main feature of the technical solution is that due to the presence of two reference matched loads with different temperatures, the modulation process is combined with a continuous internal calibration process so that the antenna temperature values calculated by formula (1) are continuously recorded at the radiometer output:

$T_{A} = \frac{U_{A} - U_{X}}{U_{Г} - U_{X}} (T_{Г} - Т_{Х}) + Т_{Х} (1)$

,

T_{A} = \frac{U_{A} - U_{X}}{U_{G} - U_{X}} (T_{G} - T_{X}) + T_{X} (one)

,

где Т_Г и Т_Х - значения температур «горячей» и «холодной» эталонных согласованных нагрузок, измеренных термодатчиками, U_A-U_X и U_Г-U_Х - выходные сигналы синхронного детектора, пропорциональные соответственно разности антенной температуры и температуры «холодного» эталона и разности температур «горячего» и «холодного» эталонов.where T _G and T _X are the values of the temperatures of the "hot" and "cold" reference matched loads measured by the temperature sensors, U _A -U _X and U _Г -U _X are the output signals of the synchronous detector, proportional respectively to the difference between the antenna temperature and the temperature of the "cold" reference and temperature difference of “hot” and “cold” standards.

Однако недостатком описанного радиометра с двухопорной модуляцией является то, что точность измерения антенной температуры зависит от величины измеряемой температуры.However, a disadvantage of the described dual-modulation radiometer is that the accuracy of measuring the antenna temperature depends on the measured temperature.

Антенная температура является функцией пяти переменных:Antenna temperature is a function of five variables:

$T_{A} = {f(U}_{A} {,U}_{Г} {,U}_{Х} {,T}_{Г} {,Т}_{Х}) (2)$

T_{A} = {f (U}_{A} {, U}_{G} {, U}_{X} {, T}_{G} {, T}_{X}) (2)

Каждая из пяти переменных в правой части формулы изменяется с определенной абсолютной погрешностью ΔU_A, ΔU_Г, ΔU_Х, ΔТ_Г, ΔТ_Х. В соответствии с [2] абсолютная погрешность измерения антенной температуры определяется формулой:Each of the five variables on the right side of the formula changes with a certain absolute error ΔU _A , ΔU _G , ΔU _X , ΔT _G , ΔT _X. In accordance with [2], the absolute error in measuring the antenna temperature is determined by the formula:

$Δ T_{A} = | \frac{\partial f}{\partial U_{A}} | \cdot Δ U_{A} + | \frac{\partial f}{\partial U_{Г}} | \cdot Δ U_{Г} + | \frac{\partial f}{\partial U_{Х}} | \cdot Δ U_{Х} + | \frac{\partial f}{\partial Т_{Г}} | \cdot Δ Т_{Г} + | \frac{\partial f}{\partial Т_{Х}} | \cdot Δ Т_{Х} (3)$

Δ T_{A} = | | | \frac{\partial f}{\partial U_{A}} | | | \cdot Δ U_{A} + | | | \frac{\partial f}{\partial U_{G}} | | | \cdot Δ U_{G} + | | | \frac{\partial f}{\partial U_{X}} | | | \cdot Δ U_{X} + | | | \frac{\partial f}{\partial T_{G}} | | | \cdot Δ T_{G} + | | | \frac{\partial f}{\partial T_{X}} | | | \cdot Δ T_{X} (3)

Учтено, что температура горячего внутреннего эталона всегда выше температуры холодного внутреннего эталона. Так как измерения температуры термодатчиками существенно точнее, чем измерения, сделанные при помощи радиометра, то двумя последними членами в формуле (3) в первом приближении можно пренебречь. Таким образом, получим:It was taken into account that the temperature of the hot internal standard is always higher than the temperature of the cold internal standard. Since temperature measurements with temperature sensors are significantly more accurate than measurements made with a radiometer, the last two terms in formula (3) can be neglected to a first approximation. Thus, we get:

$Δ Т_{А} = \frac{Т_{Г} - Т_{Х}}{U_{Г} - U_{Х}} (Δ U_{A} + \frac{| U_{A} - U_{Х} |}{U_{Г} - U_{Х}} + Δ U_{Г} + \frac{| U_{A} - U_{Г} |}{U_{Г} - U_{Х}} Δ U_{X}) (4)$

Δ T_{BUT} = \frac{T_{G} - T_{X}}{U_{G} - U_{X}} (Δ U_{A} + \frac{| | | U_{A} - U_{X} | | |}{U_{G} - U_{X}} + Δ U_{G} + \frac{| | | U_{A} - U_{G} | | |}{U_{G} - U_{X}} Δ U_{X}) (four)

Абсолютная погрешность измерения напряжения на выходе синхронного детектора определяется чувствительностью СВЧ-радиометра [3]:The absolute error of the voltage measurement at the output of the synchronous detector is determined by the sensitivity of the microwave radiometer [3]:

$Δ U_{A} = 2 \sqrt{2} \frac{T_{ш}}{\sqrt{Δ f τ}} (5)$

,

Δ U_{A} = 2 \sqrt{2} \frac{T_{w}}{\sqrt{Δ f τ}} (5)

,

где Т_Ш - температура шума приемника, Δf - ширина полосы СВЧ-усилителя, τ - полное время накопления сигнала. where Т _Ш - receiver noise temperature, Δf - microwave amplifier bandwidth, τ - total signal accumulation time.

Так как время накопления сигнала U_A в два раза больше, чем U_Г и U_Х, то абсолютная погрешность измерения U_A:Since the signal accumulation time U _A is two times longer than U _G and U _X , the absolute measurement error U _A :

$Δ U_{A} = \frac{\sqrt{2}}{2} Δ U_{Г} = \frac{\sqrt{2}}{2} Δ U_{X} (6)$

.

Δ U_{A} = \frac{\sqrt{2}}{2} Δ U_{G} = \frac{\sqrt{2}}{2} Δ U_{X} (6)

.

Используя формулу (1), выразим значения напряжений через соответствующие им радиояркостные температуры, тогда формула (4) примет вид:Using formula (1), we express the stress values through the corresponding radio brightness temperatures, then formula (4) takes the form:

$Δ Т_{А} = K_{U} \cdot Δ U_{A} \cdot (1 + \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{| T_{A} - T_{Х} |}{T_{Г} - T_{Х}} + \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{| T_{A} - T_{Г} |}{T_{Г} - T_{Х}}) (7)$

,

Δ T_{BUT} = K_{U} \cdot Δ U_{A} \cdot (one + \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{| | | T_{A} - T_{X} | | |}{T_{G} - T_{X}} + \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{| | | T_{A} - T_{G} | | |}{T_{G} - T_{X}}) (7)

,

где K_U - величина, обратная крутизне вольт-градусной характеристики радиометра.where K _U is the reciprocal of the steepness of the volt-degree characteristic of the radiometer.

Из формулы (7) видно, что абсолютная погрешность измерений остается постоянной, когда антенная температура находится в интервале между температурами внутренних эталонов и линейно возрастает по мере удаления антенной температуры от температур эталонов за пределами этого интервала. График зависимости абсолютной погрешности измерений от значения антенной температуры, рассчитанный по формуле (7) для реальных значений температур эталонов, представлен на Фиг.1.It can be seen from formula (7) that the absolute measurement error remains constant when the antenna temperature is in the interval between the temperatures of the internal standards and increases linearly with the distance of the antenna temperature from the temperatures of the standards outside this range. The graph of the absolute measurement error on the value of the antenna temperature, calculated by the formula (7) for the actual values of the temperature of the standards, is presented in Figure 1.

Таким образом, для уменьшения абсолютной погрешности измерения радиояркостных температур, например радиояркостных температур открытых водоемов, необходимо использовать «холодный» внутренний эталон с радиояркостной температурой, близкой к температуре открытых водоемов. В качестве такого эталона возможно использование реликтового излучения небесной сферы, но такой «эталон» не является «внутренним» и поэтому не рассматривается, или излучения согласованной нагрузки, охлажденной до температуры жидкого азота или жидкого гелия, но применение криогенной техники существенно ухудшает потребительские свойства радиометра.Thus, in order to reduce the absolute error in measuring radio brightness temperatures, for example radio brightness temperatures of open reservoirs, it is necessary to use a “cold” internal standard with a radio brightness temperature close to the temperature of open reservoirs. It is possible to use relict radiation from the celestial sphere as such a standard, but such a “standard” is not “internal” and therefore is not considered, or radiation of an agreed load, cooled to the temperature of liquid nitrogen or liquid helium, but the use of cryogenic technology significantly degrades the consumer properties of the radiometer.

Наиболее привлекательными источниками низкотемпературного шума являются твердотельные полупроводниковые генераторы (см. [4]), однако их применение в качестве эталонной нагрузки ограничено из-за непредсказуемости значения температуры генерируемого ими шума. Этот недостаток может быть устранен путем специальной процедуры калибровки шума твердотельного полупроводникового генератора по известным стабильным эталонам. Для реализации этого метода необходимо изменить схему радиометрического приемника.Solid-state semiconductor generators are the most attractive sources of low-temperature noise (see [4]), but their use as a reference load is limited due to the unpredictability of the temperature value of the noise they generate. This disadvantage can be eliminated by a special procedure for calibrating the noise of a solid-state semiconductor generator according to known stable standards. To implement this method, it is necessary to change the scheme of the radiometric receiver.

Технический результат, который может быть получен с помощью этого изобретения, заключается в повышении точности измерения радиояркостных температур в интервале измеряемых температур от абсолютного нуля до температуры окружающей среды, путем применения нестабильного твердотельного источника низкотемпературного шума с калибровкой его по известным стабильным источникам шума.The technical result that can be obtained using this invention is to increase the accuracy of measuring radio brightness temperatures in the range of measured temperatures from absolute zero to ambient temperature, by using an unstable solid-state source of low-temperature noise with its calibration using known stable noise sources.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известный радиометр с двухопорной модуляцией, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, являющуюся входом устройства, трехвходовый СВЧ-переключатель, усилитель высокой частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты, синхронный фильтр, синхронный детектор, блок вычисления множительно-делительной операции и регистратор, на управляющие входы СВЧ-переключателя, синхронного фильтра и синхронного детектора подаются сигналы управления модуляцией от прибора управления модуляцией. Радиометр также включает «горячую» эталонную согласованную нагрузку, выход которой соединен со входом СВЧ-переключателя, и «холодную» эталонную согласованную нагрузку и конструктивно связанные с ними термодатчики «горячей» и «холодной» эталонных согласованных нагрузок, выходы которых соединены со входами блока вычисления множительно-делительной операции, и нагревательный элемент, конструктивно связанный с «горячей» эталонной согласованной нагрузкой и нагревающий ее до температуры выше температуры «холодной» эталонной согласованной нагрузки. Дополнительно введены твердотельный источник «холодного» шума, выход которого подключен к входу СВЧ-переключателя вместо «холодной» согласованной нагрузки, термодатчик твердотельного источника «холодного» шума, конструктивно связанный с твердотельным источником «холодного» шума, выход которого подключен ко входу прибора управления модуляцией, СВЧ-циркулятор, первый вход которого подключен к выходу СВЧ-переключателя, ко второму входу СВЧ-циркулятора подключена «холодная» эталонная согласованная нагрузка, выход СВЧ-циркулятора подключен ко входу усилителя высокой частоты, направление циркуляции СВЧ-циркулятора выбрано от второго входа к первому входу и от первого входа к выходу.The claimed technical result is achieved by the fact that in a known radiometer with a two-support modulation, containing a series-connected receiving antenna, which is the input of the device, a three-input microwave switch, a high-frequency amplifier, a quadratic detector, a low-frequency amplifier, a synchronous filter, a synchronous detector, a multiplier calculation unit dividing operation and a recorder, the control inputs of the microwave switch, synchronous filter and synchronous detector are fed control signals modulation from the device modulation control. The radiometer also includes a “hot” reference matched load, the output of which is connected to the input of the microwave switch, and a “cold” reference matched load and structurally associated thermal sensors of “hot” and “cold” reference matched loads, the outputs of which are connected to the inputs of the calculation unit a multiple-dividing operation, and a heating element structurally associated with the “hot” reference matched load and heating it to a temperature above the temperature of the “cold” reference matched hydrochloric load. Additionally, a solid-state source of “cold” noise was introduced, the output of which is connected to the input of the microwave switch instead of a “cold” matched load, a thermal sensor of a solid-state source of “cold” noise structurally connected to a solid-state source of “cold” noise, the output of which is connected to the input of the modulation control device , A microwave circulator, the first input of which is connected to the output of the microwave switch, a “cold” reference matched load is connected to the second input of the microwave circulator, the output of the microwave circulator under is connected to the input of the high-frequency amplifier, the circulation direction of the microwave circulator is selected from the second input to the first input and from the first input to the output.

Предлагаемый радиометр удовлетворяет критериям новизна и изобретательского уровня, так как присущие ему существенные признаки не содержатся в известных устройствах и в них не реализуется заявленный положительный эффект.The proposed radiometer meets the criteria of novelty and inventive step, since the essential features inherent in it are not contained in known devices and they do not realize the claimed positive effect.

Изобретение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему чертежей.The invention will be clear from the following description and the accompanying drawings.

На фигуре 2 изображена схема радиометра с трехопорной модуляцией.The figure 2 shows a diagram of a radiometer with three-support modulation.

Предлагаемый радиометр содержит приемную антенну 1, трехвходовый СВЧ-переключатель 2, СВЧ-циркулятор 3, усилитель высокой частоты 4, квадратичный детектор 5, усилитель низкой частоты 6, синхронный фильтр 7, синхронный детектор 8, блок вычисления множительно-делительной операции 9, регистратор 10, прибор управления модуляцией 16, «горячую» эталонную согласованную нагрузку 11, «холодную» эталонную согласованную нагрузку 14, термодатчик «горячей» эталонной согласованной нагрузки 12, термодатчик «холодной» эталонной согласованной нагрузки 15, нагревательный элемент «горячей» эталонной согласованной нагрузки 13, твердотельный источник «холодного» шума 17, термодатчик твердотельный источника «холодного» шума 18.The proposed radiometer comprises a receiving antenna 1, a three-input microwave switch 2, a microwave circulator 3, a high-frequency amplifier 4, a quadratic detector 5, a low-frequency amplifier 6, a synchronous filter 7, a synchronous detector 8, a calculating unit for multiplying-division operation 9, a recorder 10 , modulation control device 16, “hot” reference matched load 11, “cold” reference matched load 14, thermal sensor of “hot” reference matched load 12, thermal sensor of “cold” reference matched load 15, heat the interrogative element of the “hot” reference matched load 13, the solid-state source of “cold” noise 17, the thermal sensor, the solid-state source of the “cold” noise 18.

Предлагаемый радиометр с трехопорной модуляцией работает следующим образом. Как и в радиометре с двухопорной модуляцией, прием сигнала производится периодически, с периодом модуляции, например, один килогерц. За время одного периода модуляции половина периода модуляции принимается и накапливается сигнал от антенны, для чего СВЧ-переключатель по управляющему сигналу от прибора управления модуляцией переключает сигнал с выхода антенны на первый вход СВЧ-циркулятора и далее с выхода СВЧ-циркулятора - на вход усилителя высокой частоты. Аналогично, на время, равное одной четверти периода модуляции, СВЧ-переключатель переключает на вход СВЧ-циркулятора сигнал от «горячей» эталонной согласованной нагрузки и на время, равное одной четверти периода модуляции, СВЧ-переключатель переключает на вход СВЧ-циркулятора сигнал от твердотельного источника «холодного» шума. При этом, за время накопления сигналов τ на выходе синхронного детектора формируются два сигнала: U_A-U_XШ и U_ХШ-U_Г, первый пропорционален разности антенной температуры и шумовой температуры источника «холодного» шума и второй пропорционален разности температуры «горячей» эталонной согласованной нагрузки и шумовой температуры источника «холодного» шума. Аналогично радиометру с двухопорной модуляцией в блоке множительно-делительной операции производится вычисление антенной температуры по формуле (8):The proposed radiometer with three-support modulation works as follows. As in a dual-base modulation radiometer, the signal is received periodically, with a modulation period, for example, one kilohertz. During one modulation period, half the modulation period is received and the signal from the antenna is received, for which the microwave switch, by the control signal from the modulation control device, switches the signal from the antenna output to the first input of the microwave circulator and then from the output of the microwave circulator to the input of the high amplifier frequency. Similarly, for a time equal to one quarter of the modulation period, the microwave switch switches the signal from the “hot” reference matched load to the input of the microwave circulator and for a time equal to one quarter of the modulation period, the microwave switch switches the signal from the solid state to the input of the microwave circulator source of "cold" noise. Moreover, during the accumulation of signals τ, two signals are generated at the output of the synchronous detector: U _A -U _XШ and U _ХШ -U _Г , the first is proportional to the difference in antenna temperature and noise temperature of the source of “cold” noise and the second is proportional to the difference in temperature of the “hot” reference coordinated load and noise temperature of the source of "cold" noise. Similarly to a radiometer with two-support modulation in the block of the multiplication-dividing operation, the antenna temperature is calculated by the formula (8):

$Т_{А} = \frac{U_{A} - U_{X Ш}}{U_{Г} - U_{Х Ш}} (Т_{Г} - Т_{Х Ш}) - Т_{Х Ш} (8)$

T_{BUT} = \frac{U_{A} - U_{X W}}{U_{G} - U_{X W}} (T_{G} - T_{X W}) - T_{X W} (8)

В отличие от известной схемы радиометра с двухопорной модуляцией, где значение шумовой температуры «холодной» эталонной согласованной нагрузки известно в любой момент времени, так как непрерывно измеряется при помощи соответствующего термодатчика, в радиометре с трехопорной модуляцией значение шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума Т_ХШ априорно не известно. Поэтому в радиометре с трехопорной модуляцией для измерения значения шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума Т_ХШ периодически, с периодом, существенно большим периода модуляции, применяется процедура калибровки твердотельного источника «холодного» шума, в ходе которой измеряется и запоминается значение Т_ХШ - шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума. В промежутках между калибровками твердотельного источника «холодного» шума шумовая температура Т_ХШ считается постоянной и ее значение используется для вычисления антенной температуры по формуле (8).In contrast to the known scheme of a radiometer with a two-support modulation, where the noise temperature of the “cold” reference coordinated load is known at any time, since it is continuously measured using the appropriate temperature sensor, in the radiometer with a three-support modulation, the noise temperature of a solid-state source of “cold” noise T _{XH is} not known a priori. Therefore, in a radiometer with a three-support modulation, to measure the value of the noise temperature of a solid-state source of “cold” noise Т _ХШ periodically, with a period significantly longer than the modulation period, the calibration procedure of a solid-state source of “cold” noise is used, during which the value Т _ХШ - noise is measured and stored temperature of a solid-state source of “cold” noise. In the intervals between calibrations of the solid-state source of “cold” noise, the noise temperature _ТСШ is considered constant and its value is used to calculate the antenna temperature according to formula (8).

Экспериментально установлено, что наибольшее влияние на величину шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума оказывает его термодинамическая температура. Поэтому калибровка твердотельного источника «холодного» шума производится при первом включении радиометра и всякий раз, когда термодинамическая температура твердотельного источника «холодного» шума, измеренная соответствующим термодатчиком, изменяется на заданную величину, для чего выход термодатчика твердотельного источника «холодного» шума подключен к входу прибора управления модуляцией.It was experimentally established that the thermodynamic temperature has the greatest influence on the noise temperature of a solid-state source of “cold” noise. Therefore, the calibration of the solid-state source of “cold” noise is performed when the radiometer is first turned on and whenever the thermodynamic temperature of the solid-state source of “cold” noise, measured by the corresponding temperature sensor, changes by a predetermined value, for which the output of the temperature sensor of the solid-state source of “cold” noise is connected to the input of the device modulation control.

Процедура калибровки твердотельного источника «холодного» шума осуществляется следующим образом: на время одного периода модуляции половина периода модуляции принимается и накапливается сигнал от источника «холодного» шума, для чего СВЧ-переключатель по управляющему сигналу от прибора управления модуляцией переключает сигнал с выхода источника «холодного» шума на первый вход СВЧ-циркулятора и далее с выхода СВЧ-циркулятора - на вход усилителя высокой частоты. Аналогично, на время, равное одной четверти периода модуляции, СВЧ-переключатель переключает на вход СВЧ-циркулятора сигнал от «горячей» эталонной согласованной нагрузки и на время, равное одной четверти периода модуляции, СВЧ-переключатель переводится в состояние «выключено», блокируя прохождение сигналов на выход переключателя от любого из трех входов. При этом сигнал от «холодной» эталонной согласованной нагрузки, подключенной ко второму входу СВЧ-циркулятора, проходит от второго входа СВЧ-циркулятора в направлении циркуляции до первого ввода СВЧ-циркулятора, отражается от него и в направлении циркуляции проходит на выход СВЧ-циркулятора и далее - на вход усилителя высокой частоты. The calibration procedure for a solid-state source of “cold” noise is as follows: for one modulation period, half of the modulation period, a signal is received and accumulated from the source of “cold” noise, for which the microwave switch switches the signal from the output of the “cold” source according to the control signal from the modulation control device »Noise to the first input of the microwave circulator and then from the output of the microwave circulator to the input of the high-frequency amplifier. Similarly, for a time equal to one quarter of the modulation period, the microwave switch switches the signal from the "hot" reference matched load to the input of the microwave circulator and for a time equal to one quarter of the modulation period, the microwave switch is turned off, blocking the passage signals to the output of the switch from any of the three inputs. In this case, the signal from the “cold” reference matched load connected to the second input of the microwave circulator passes from the second input of the microwave circulator in the circulation direction to the first input of the microwave circulator, is reflected from it and passes to the output of the microwave circulator in the circulation direction further - to the input of the high-frequency amplifier.

За время накопления сигналов на выходе синхронного детектора формируются два сигнала: U_ХШ-U_Х и U_Г-U_Х, первый пропорционален разности шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума и шумовой температуры источника «холодного» шума и второй пропорционален разности температуры «горячей» эталонной согласованной нагрузки и шумовой температуры «холодной» эталонной согласованной нагрузки. Точность измерения шумовой температуры согласно формуле (5) зависит от времени накопления сигналов. Чем больше время накопления, тем точнее измеряется значение шумовой температуры. При калибровке твердотельного источника «холодного» шума время накопления выбирается значительно больше времени накопления антенного сигнала τ, так чтобы точность измерения шумовой температуры была бы не хуже наперед заданной величины. Значение шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума вычисляется и запоминается в блоке множительно-делительной операции по формуле (9):During accumulation of signal on the output of the synchronous detector are formed two signals: U _X and _XIII -U U _T -U _X, the first proportional to the difference of the noise temperature solid source "cold" noise and noise "cold" source noise and a second temperature difference is proportional to the "hot temperature "Reference matched load and noise temperature of the" cold "reference matched load. The accuracy of measuring the noise temperature according to formula (5) depends on the accumulation time of the signals. The longer the accumulation time, the more accurately the value of the noise temperature is measured. When calibrating a solid-state source of “cold” noise, the accumulation time is chosen much longer than the accumulation time of the antenna signal τ, so that the accuracy of measuring the noise temperature would be no worse than a predetermined value. The value of the noise temperature of a solid-state source of “cold” noise is calculated and stored in the block of multiplying-dividing operations according to the formula (9):

$Т_{Х Ш} = \frac{U_{Х Ш} - U_{X}}{U_{Г} - U_{Х}} (Т_{Г} - Т_{Х}) - Т_{Х} (9)$

,

T_{X W} = \frac{U_{X W} - U_{X}}{U_{G} - U_{X}} (T_{G} - T_{X}) - T_{X} (9)

,

где Т_Г и Т_Х - значения термодинамических температур эталонных согласованных нагрузок, измеренные соответствующими термодатчиками. Вычисленное и запомненное значение шумовой температуры твердотельного источника «холодного» шума Т_ХШ используется для вычисления антенной температуры Т_А по формуле (8). where T _G and T _X are the values of the thermodynamic temperatures of the reference matched loads, measured by the corresponding temperature sensors. The calculated and stored value of the noise temperature of a solid-state source of “cold” noise T _{XH is} used to calculate the antenna temperature T _A according to formula (8).

На фигуре 3 показан график зависимости погрешности измерения антенной температуры ΔТ_А от значений Т_А, полученный в процессе моделирования, с использованием формулы 8 для вычисления данных.The figure 3 shows a graph of the dependence of the measurement error of the antenna temperature ΔT _A from the values of T _A obtained during the simulation, using formula 8 to calculate the data.

В остальном радиометр с трехопорной модуляцией работает по известной схеме.The rest of the radiometer with three-support modulation works according to a well-known scheme.

Использование изобретения позволит повысить точность измерения радиояркостной температуры подстилающей поверхности.Using the invention will improve the accuracy of measuring the brightness temperature of the underlying surface.

ЛитератураLiterature

1. О.Б.Белоусов, В.А.Плющев, И.А.Сидоров, С.И.Галаган. Обработка информации тепловой пассивной РЛС средствами программируемой логики. Сборник трудов 57 Научно-технической конференции Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования. Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (Технический университет). Часть третья. Технические науки, Москва, 2008 г., стр.19-241. O. B. Belousov, V. A. Plushchev, I. A. Sidorov, S. I. Galagan. Information processing of thermal passive radar by means of programmable logic. Proceedings of the 57th Scientific and Technical Conference of the State Educational Institution of Higher Professional Education. Moscow State Institute of Radio Engineering, Electronics and Automation (Technical University). Part three. Engineering, Moscow, 2008, pp. 19-24

2. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, 1972. - 256 с.2. Koshkin N.I., Shirkevich M.G. Handbook of elementary physics. M .: Nauka, 1972.- 256 p.

3. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973. - 416 с.3. Esepkina N.A., Korolkov D.V., Pariskiy Yu.N. Radio telescopes and radiometers. M .: Nauka, 1973.- 416 p.

4. Prater R.M., Williams D.R. An active "cold" noise source. //IЕЕЕ transactions on microwave theory and techniques. - 1981, vol.29, is.4.4. Prater R.M., Williams D.R. An active "cold" noise source. // IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 1981, vol. 29, is.4.

Claims

A three-way modulation radiometer comprising a series-connected receiving antenna, a three-input microwave switch, a high-frequency amplifier, a quadratic detector, a low-frequency amplifier, a synchronous filter, a synchronous detector, a multiplicative-division calculation unit, and a recorder with a microwave switch control inputs , a synchronous filter and a synchronous detector, the modulation control signals are supplied from the modulation control device, which also includes a “hot” reference matched load, the output of which is connected to the input of the microwave switch, and the “cold” reference matched load, the thermal sensors of the “hot” and “cold” reference matched loads structurally connected with them, the outputs of which are connected to the inputs of the unit for calculating the multiplication-dividing operation, and the heating element, structurally associated with a “hot” reference matched load and heating it to a temperature above the temperature of a “cold” reference matched load, characterized in that a solid-state a source of “cold” noise, the output of which is connected to the input of the microwave switch, a thermal sensor of a solid-state source of “cold” noise, structurally connected with a solid-state source of “cold” noise, the output of which is connected to the input of the modulation control device, a microwave circulator, the first input of which is connected “cold” reference matched load is connected to the output of the microwave switch, to the second input of the microwave circulator, the output of the microwave circulator is connected to the input of the high-frequency amplifier, the circulation direction is the microwave circulator is selected from the second input to the first input and the first input to the output.