Радиометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А й С 01 813/О ТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) РАДИОМЕТР, содержащий опор-,ный шумовой источник, модулятор,вход которого является входом радиометра, последовательно соединенныеприемник и квадратичный детектор,синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подкепочен куправляющим входам модулятора исинхронного детектора, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения. чувствительности и точности измерений при малых отношенияхсигнал/шум, в него введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генера 801124232 тора, первый коммутатор, последовательно соединенные второй коммутатор, накопитель, низкочастотный прерыва-тель, первый полосовой фильтр, сумматор, усилитель-ограничитель и высокочастотный прерыватель, второй полосовой фильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом удвоителя частоты, втброй выход второго коммутатора через второй полосовой фильтр подклю-: чен к второму входу сумматора, управляющие входы высокочастотного преры-вателя и реверсивного счетчика подключены к таймеру, выход модулятора через первый коммутатор подключеЪ к входу приемника, выход опорного шумового .источника соединен с вторым входом первого коммутатора, выход квадратичного детектора соединен фф с входом второго коммутатора, выход ффф высокочастотного прерывателя через ф синхронный детектор соединен с вхо- фЬ дом реверсивного счетчика, а выход ф цифроаналогового преобразователя фрявляется выходом радиометра.1124232 2тотный прерыватель, второй полосовойфильтр, таймер и последовательно соединенные реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причемуправляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с выходомудвоителя частоты, второй выход вто,рого коммутатора через второй полосовой Фильтр подключен к второму входу10 сумматора, управляющие входы высокочастотного прерывателя и реверсивногосчетчика подключены к таймеру, выходмодулятора через первый коммутаторподключен к входу приемника, выходопорного шумового источника соединенс вторым входом первого коммутатора,выход квадратичног о детектора соединен с входом второго коммутатора, выход высокочастотногр прерывателя через синхронный детектор соединен свходом реверсивного счетчика, а выходцифроаналогового преобразователяявляется выходом радиометра.На фиг. 1 представлена структурная злектрическая схема предлагаемого радиометра, на фиг. 2 - временные диаграммы. напряжений, поясняющие его работу.Радиометр содержит модулятор 1, З опорный шумовой источник 2, первыйкоммутатор 3, приемник 4, квадратичный детектор 5, второй коммутатор 6,накопитель 7, низкочастотный прерыватель 8, первый полосовой фильтр 9, 35сумматор 10, второй колосовой фильтр11, усилитель-ограничитель 12, высокочастотный прерыватель 13, синхронныйдетектор 14, реверсивный счетчик 15,,цифроаналоговый преобразователь 16,низкочастотный генератор 17, удвоитель 18 частоты модуляции и таймер 19,Изобретение относится к радиотехнике и можст быть использованов радиоастрономических приемных системах, работающих в условиях малыхотношений сигнала к шуму.Известен стабилизированный кросс .корреляционный радиометр с петлейавторегулирования, содержащий дваодинаковых приемника с фазовым переключением, входы которых соединены в квадратуре с двумя антеннами,а выходы подключены к накальнымцепям двух диодных шумовых генерато-.ров, выходы которых подведейы черезнаправленные ответвители к входам,радиометров Ь 3.Однако при весьма малых отношениях сигнала к шуму описанная система неработоспособна вследствиевоздействия шума на систему авторегулирования.Наиболее близким к предлагаемомуявляется радиометр, содержащий опорный шумовой источник, модулятор,вход которого является входом радиометра, последовательно соединенныеприемник и квадратичный детектор,синхронный детектор и низкочастотный генератор, причем выход низкочастотного генератора подключен куправляющим входам модулятора исинхронного детектора "Однако данный радиометр имеетнизкую чувствительность и малуюточность измерений в случае весьмамалых отношений сигнала к шуму навходе.Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности измерений при малых отношениях сигнал/шум,Поставленная цель достигаетсятем, что в радиометр, содержащийопорный шумовой источник модулятор,вход которого является входом радиометра, последовательно соединенные . 45приемник и квадратичный детектор,синхронный детектор и низкочастотныйгенератор, причем выход низкочастотного генератора подключен к управляющим входам модулятора и синхронногодетектора, введены удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу низкочастотного генератора,первый коммутатор, последовательносоединенные второй коммутатор, на- Якопитель, низкочастотный прерыватель,первый полосовой фильтр, сумматор,усилитель-ограничитель и высокочасРадиометр работает следующим образом.На вход радиометра от источника сигнала, например от антенн А 1 й А 2 поступает шумовой полезный сигнал,. спектральная плотность которого равна 5 . Одновременно на входе действует шум со спектральной плотностью Б ш Я Вс, В модуляторе 1 полезный сигнал модулируется по амплитуде на 1007. прямоугольным низкочастотным напряжением с частотой г , а шум не модулируется.Периодически в радиометр вводится сигнал опорного шумового источника 2, спектральная платность которого 575 щ . На вход приемника 4поступает сигнал с выхода первого коммутатора 3, а с выхода квадратичного детектора 5 сигнал подается на вход второго коммутатора б, который аналогичен первому коммутатору 3 и синхронно с ним управляется от удвоители 18 частоты модуляции. Каждый полупериод модуляции первый.коммутатор 3 подключает вход приемника 4 к опорному шумовому 10 источнику 2 на интервал временид 1 й 0,05 Т (где Т = в -), а вто 1м рой коммутатор б синхронно подключа 1 ет выход квадратичного детектора 5 к накопителю 7. Остальную часть полупериода модуляции (0,45 Т,) вход приемника 4 подключен к выходу моду.лятора 1, а выход квадратичного детектора 5 подключен к второму полосовому Фильтру 11.Второй полосовой фильтр 11 пропускает модулированную составляющую полезного сигнала и осуществляет предварительную фильтрацию продетек тированного шума, т.е. задерживает постоянную составляющую и частично ослабляет переменйую составляющую шума.заВыходной сигнал накопителяпредставляет собой слабо флуктуирующеенапряжение Ц(фиг, 2 а). Это напряжение преобразуется в переменноесинусоидальное напряжение с помощьюнизкочастотного прерывателя 8, частота переключений которого выбираетсяравной 100 Ем, и первого полосового фильтра 9, настроенного на частоту переключений Р. Полученное навыходе первого полосового фильтра 9напряжение О (фиг. 2 б)Оо А, во 2 фГкФ, (1). где А лф --н0 245складывается с выходным напряжением второго полосового фильтра 11 в сумматоре 10 На выходе сумматора,10 образуется напряжение 50О =0 О+Огде О - полезный сигнал, представ-ляющий собой прямоугольное низкочастотное напряже ние с нулевым средним значением и слабо Флуктуирующей амплитудой Фс где К - коэффициент усиления по мощРности от входа приемника 4до выхода сумматора 10 (коэффициенты передачимодулятора 1 и первого коммутатора 3 считаем равными единице);Ош - переменная составляющая продетектированного шума, среднеквадратическое значение6 которого подчиняетсяшнеравенству(4)0 - опорное синусоидальное,напряжение с амплитудой Ао:д -; д К, (;5)Суммарное напряжение О (Фиг.2 в) подается на вход усилителя-ограничителя 12, где подвергается двустороннему амплитудному ограничению на нулевом уровне, в результате чего на его выходе образуется прямоугольное клиппированное напряжение Ок единичной амплитуды с переменной скважностью и частотой повторения, равной Р (фиг. 2 г).После ограничения вся информация об амплитуде сигнала ф и среднеквадратическом значении шума 6, заключена во временных характеристиках сигнала 0, т.е. длительностях положительных (+, и отрицательныхимпульсов, Обозначим через а; = (0 +Ощ ): отсчеты суммарной реализации сигнала и шума, сделанные .1с шагом Т= на выходе второгокполосового фильтра 11. Тогда отноа1шение - - при (1 равноАо Арт ф, (ь 1.Яо 2 Тгде д;(+11 И 1к (+) И 1а отношение спектральной плотности мощности полезного сигнала к спектральной плотности мощности шума равно5 с УТ Т - Дт.;. К-С целью измерения ЬТ выходное 10 напряжение 0 усилителя-ограничителяМ 12 подается на высокочастотный прерыватель 13, частота У переключений которого выбирается из усло-. вия Е Ъ 50 Р, Выходное напряжение 15К 0 высокочастотного прерывателя 13 (Фиг, 2 д) поступает на синхронный детектор 14, в котором:производится стробирование интервалов времени, совпадающих, например, с отрицатель ными полупериодами сигнального меанд- ра Ос. Выходное напряжение Ос синхронного детектора 14 (фиг. 2 е) подается на реверсивный счетчик 15, в котором накапливается пропорциональ ная ЗТ разность положительных и отрицательных импульсов, следующих с частотой У 1,.Управление синхронным детектором 14 и модулятором 1 производится от низкочастотного генератора 17 частоты Р, а управление первым коммутатором 3 .и вторым коммутатором б осуществляется удвоигелем 18 частоты мо- уляции м . Удвоение частоты приме ено с целью устарения воздействия. на выходной сигнал радиометра отри цательных импульсов, образующихся при .отключении квадратичного детектора 5 от второго полосового Фильтра 11 на время 0,05 Т . Синхронный детектор 14 и реверсивный счетчик 15полностьЬ подавляют составляющую с бчастотой 2 Рц , так как представляют собой эквивалент узкополосного фильтра, настроенного на частоту Г, .Время счета импульсовзадается таймером 19 и устанавливается равным требуемому интервалу Ф накопления полезного сигнала, Одновременно с установкой Ф таймер 19 управляет частотой коммутации высокочастотного прерывателя 13 по законуЛф чтобы исключить переполнение реверсивного счетчика 15 в. случае больших значений Ф и стабилизировать уровень полезного сигнала на выходе радиометрз при использовании разных ССодержимое реверсивного счетчика 15 в конце каждого:,интервала. счета (равного Ф) подается на цифроаналоговый преобразователь 16, на выходе которого образуется последовательность отсчетов с шагом , образующая профильтрованный полезный сигнал. Сравнительный анализ показывает, что в предлагаемом радиометре исключено влияние низкочастотных дрейфов коэффициента усиления, шумовой полосы пропускания, температуры шума и нулевой линии на результат измерения мощности полезного сигнала. В результате при измерении спект" ральной плотности слабых шумовых сигналов, например, от космических радио- источников флуктуационная чувствителЬ- ность радиометра возрастает примерно в 10 раз за счет увеличения времени накопления до нескольких часов, а также повышается точность измере ний.1124232 Составитель В.РодзивиловИ.Рыбченко Техред Я.Кастелевич еда ректор А Зимокосов Зак Подписное д, 4/ илиал ППЛ "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 3/34 Тираж 710ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рау митетаткрытииская н