[发明专利]一种数字自动补偿微波辐射计

说明书

技术领域

本发明属于微波遥感微波辐射计的技术范畴，特别是涉及一种数字自动补偿微波辐射计。

背景技术

一台理想的微波辐射计的输出电压可表示成：

V_out＝G_S·(T′_A+T_REC)(1)

其中，T′_A为微波天线输出的信号温度；T_REC为接收机本身的等效噪声温度；G_S为系统总增益；V_out代表微波天线输出的信号温度的辐射计输出电压。由公式(1)看到，要想保证V_out能够准确反映T′_A，确保微波辐射计的测量准确度，必须使G_S和T_REC始终保持恒定。

从微波辐射计诞生起，为了消除系统增益G_S波动的影响，人们提出了多种技术方案。特别是在当今计算机广泛应用的情况下，为使微波辐射计具有体积小、重量轻、易于制作，以及功耗和价格低等优点，中国科学院长春地理研究所1996年申请了“数字自动补偿微波辐射计”实用新型专利(中国专利号为ZL96220486.2)。图5为已有的数字自动补偿微波辐射计的结构的方框示意图。其中包括：天线(29)、微波开关(30)、全功率辐射计接收机(31)、数字自动补偿系统(32)和恒温参考源(33)等。其中数字自动补偿系统完成系统增益补偿运算进程(34)。

数字自动补偿微波辐射计的工作原理：首先，在室温环境下由数字补偿系统(32)控制微波开关(30)接通恒温参考源(33)，再由数字补偿系统的A/D采集全功率微波辐射计接收机(31)的输出电压V_out，此时输出电压V_out＝V_TR＝G_S(T_R+T_REC)。将V_TR做为反映微波辐射计系统增益G_S的标准电压值存入到数字补偿系统的EPROM中；其次，当微波辐射计的增益变为G′_S时，由数字补偿系统(32)控制微波开关(30)，使微波辐射计接收机(31)在补偿周期内交替接通恒温参考源(33)和天线(29)，再由数字补偿系统的A/D分别采集微波接收机的输出电压V_out＝V′_TR＝G′_S(T_R+T_REC)和V_out＝V′_TA＝G′_S(T′_A+T_REC)，并分别存入到数字补偿系统的RAM存储器中；最后，假设在这个补偿周期内微波辐射计的增益G′_S没有发生改变，那么数字自动补偿系统进行下列补偿运算：

V_TA＝(V_TR/V′_TR)·V′_TA＝G_S·(T′_A+T_REC)(2)

由此得到系统增益为G_S的能够表达天线输出端信号T′_A的并由D/A输出的电压值V_TA，从而消除了系统增益G_S波动对系统测量精确度带来的影响。这里的补偿周期是指系统增益在不发生变化情况下的微波开关接通参考源和天线所用的时间总和；V_TR是系统增益波动前的接收机输出的参考源电压值，V′_TR是系统增益波动后的参考源电压值，V′_TA是系统增益波动后的天线输出的电压值，G_S和G′_S分别为波动前和波动后的系统增益值，T_R和T′_A分别为参考源和天线输出的目标的噪声温度值。

通常情况下，微波辐射计系统可以等效成一台由微波器件组成的热噪声系统。显然，“数字自动补偿微波辐射计”的技术方案中没有考虑到整机噪声温度T_REC的波动以及天、馈线损耗给辐射计测量精确度带来的影响；另外，数字自动补偿微波辐射计技术方案中还使用了恒温参考源(33)，这就限制了辐射计的整机体积、重量和功耗的减小程度。同时，数字自动补偿微波辐射计还存在着开机稳定时间过长等缺点。