[实用新型]一种全数字补偿微波辐射计

说明书

技术领域

本实用新型属于微波遥感、制导和精密测量技术领域，具体涉及一种全数字补偿微波辐射计。

背景技术

微波辐射计是无源微波遥感的核心设备，是进行地物背景和目标的微波辐射特性探测、成像和判断的唯一工具。

微波辐射计的发展趋势是从图形到成像辐射计，从低分辨率辐射计到高度分辨率辐射计。通常微波辐射计输出波动由本机噪声不确定性和系统增益不确定性决定，为减少系统增益不稳定和本机噪声波动对辐射计输出的影响，人们采用了各种办法，研制出了不同类型的辐射计。首先，在全功率辐射计的基础上，1946年Dicke研制出Dicke辐射计，采用单刀双掷微波开关，大大减少了增益波动的影响，使微波辐射计走向实用化。但这种方法只有在天线温度同参考源温度相等时，才能全部消除接收机增益波动的影响。1967年Goggins研制出负反馈零平衡微波辐射计，但PIN二极管会或多或少地引入散弹噪声，同时增加了负反馈回路和几个微波有源、无源器件，使系统复杂化，技术难度大。1968年Hach研制出双参考温度自动增益补偿微波辐射计，是通过两个已知参考源的差值变化来调整后置信号放大器增益，以补偿系统增益变化。该辐射计要求很高的后置反馈控制环，同时增加了一个参考源，成本较高。在上述方案的基础上，1990华中科技大学的张祖荫同志提出了“脉冲调制恒流源噪声注入零平衡型辐射计”方案，并先后研制成功以8毫米、2厘米及21厘米波段为代表的高精度微波辐射计系列。该方法可消除由于前端损耗和反射引起的测量误差，进一步提高系统的绝对精度；且由于整机电路和器件工作于恒温环境中，可保证系统工作性能稳定可靠，但其硬件系统较为复杂，使用很不方便。

为了适应机载、星载条件，中科院长春地理研究所研制出了数字增益补偿和实时定标两种新型微波辐射计(参考文献：李靖，张俊荣，邹彤.数字增益补偿及实时定标微波辐射计.电子学报，1999，27(3)：49～51)。其数字增益补偿型微波辐射计，是将一个基准微波源信号通过微波辐射计系统，在输出端检测出系统增益的波动量，再用单片机按此波动量去修正所接收目标的辐射，便可得到真值。本推导过程中假设接收机噪声TREC是稳定不变的，但实际使用过程中，由于系统存在噪声波动以及参考源也会发生变化，这种补偿方法势必会引起测量误差，从而影响测量的准确度。而实时定标微波辐射计采用了两个射频开关和两个微波基准源，增加了装置的复杂程度，因而会引入额外误差。

以上这些辐射计在减小或消除系统增益波动和本机噪声影响上都收到了一定的效果，但它们要么采用双参考源，要么采用同步解调和负反馈回路，同时通过AGC去调整系统增益或使用双参考源来消除系统增益和本机噪声波动，这些都给辐射计测量的精确度和系统稳定性带来较大影响；同时电路结构复杂，给辐射计的长期使用带来困难；在推导中进行的多个假设均会给测量带来不小的误差。因此系统增益和本机噪声波动影响的消除、参考噪声源的选取、辐射亮温的计算和温度检测等问题均是辐射计研制未能很好解决的问题。同时这些辐射计均需进行周期定标，不仅定标结构复杂，还会带来较大的测量误差，给辐射计的长期使用带来困难。

由上分析可知，对微波辐射计而言，系统电路类型的突破性改进是很困难的，随着计算机技术的发展，如何充分发挥微处理技术速度快、体积小、精度高的优势来设计高性能微波辐射计，并简化其定标结构，将是新型微波辐射计研究的一个重要发展方向，这对于辐射计在星载平台的应用显得尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种全数字补偿微波辐射计，该微波辐射计不仅体积小、重量轻，而且其灵敏度、稳定度高。

本实用新型提供的全数字补偿微波辐射计，包括天线、匹配负载、微波开关、全功率辐射计、数据采集和控制单元、显示单元，微波开关的定端与全功率辐射计的输入端相连，两个触点分别与天线和匹配负载的固定端相连，数据采集和控制单元的输入端与全功率辐射计的输出端相连，匹配负载的测温电路输出端与数据采集和控制单元的输入端相连，数据采集和控制单元的输出端与显示单元的输入端相连，同时数据采集和控制单元的控制信号输出端与微波开关的控制端相连；

数据采集和控制单元分别采集微波开关接通匹配负载和接通天线时全功率辐射计的输出电压V_Rn和V_An，以及匹配负载的测温电路输出端温度T_Rn，其中n为周期序号；再利用下式计算出被测目标的亮温值T_An：

其中，G_S1为系统初始增益。