[发明专利]一种太阳射电辐射计及频谱观测系统与控制方法

说明书

本发明公开了一种太阳射电辐射计及频谱观测系统与控制方法，其技术方案为：包括依次连接的切换开关、放大器I、滤波器I、混频器、放大器II、滤波器II、模拟数字转换器、FPGA信号处理模块和上位机；其中，所述切换开关接入两个不同的参考负载以提供亮温标定，且切换开关连接天线，并根据平衡判断调整天线与参考源的输出频率或占空比。本发明针对射电天文中太阳射电辐射计观测系统结构增益引起灵敏度降低及积分引起时间分辨率降低的情况，提出改善型的零平衡迪克型观测结构，既可以作为频谱观测设备也可以做辐射计观测，并给出了定标原理跟过程，可以灵活调整积分带宽，同时采用滑动积分的形式保证频谱、辐射计原始数据的时间分辨率。

技术领域

本发明涉及太阳射电辐射计领域，尤其涉及一种太阳射电辐射计及频谱观测系统与控制方法。

背景技术

任何物体都在在一定条件下都向外界散发电磁波，辐射计作为一种高灵敏度电磁波检测设备，在空间天气、对地遥感、目标检测识别和安检等领域广泛运用，最为常见和运用的两种辐射计结构为：全功率型辐射计、Dicke型辐射计及其他类型辐射计，其中Dicke型辐射计分为平衡式和非平衡式。

全功率辐射计结构简单，直接利用平方律检波器将功率信号转化成电压，经过低通滤波器(预积分器)后利用ADC进行量化采集上传。Dicke型辐射计能够降低系统增益稳定性对系统灵敏度的影响。平衡式(零平衡)迪克型辐射计实现方法有：天线通道噪声注入法、脉冲噪声注入法、增益调制法等。以脉冲噪声注入法为例，零平衡式辐射计通过控制二极管开关调节二极管噪声源注入的噪声，使得T_a等于T_ref消除了非平衡式中增益带来的影响，从而减小增益的影响。

现有辐射计结构虽然在诸多领域具有便利、成本低、利于实现的特点，但是，发明人发现，现有辐射计存在以下问题：

(1)在射电天文中太阳射电辐射流量观测时，通常需要对太阳频谱及射电辐射流量同时观测，两种结构只能观测辐射流量；

(2)在进行标定过程中仍然需要外部提供一个标准源进行标定，且同步时序较多、控制要求较高；在标定过程往往需要用冷热源，且冷热定标源的亮温(T_c，T_h)越接近输入信号的亮温(T_a)值越精确，但是冷源往往制作较难价格昂贵；

(3)灵敏度计算公式中的积分带宽由检波器之前的滤波器决定，不能够根据灵敏度要求进行数字控制；

(4)由于采用平方律检波器及ADC，两者都会引起一定的非线性误差，同时使用两个非线性器件易引起误差增大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种太阳射电辐射计及频谱观测系统与控制方法，针对射电天文中太阳射电辐射计观测系统结构增益引起灵敏度降低及积分引起时间分辨率降低的情况，提出改善型的观测结构，既可以作为频谱观测设备也可以做辐射计观测，可以灵活调整积分带宽，同时采用滑动积分的形式保证频谱、辐射计原始数据的时间分辨率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种太阳射电辐射计及频谱观测系统，包括依次连接的切换开关、放大器I、滤波器I、混频器、放大器II、滤波器II、模拟数字转换器、FPGA信号处理模块和上位机；其中，所述切换开关接入两个不同的参考负载以提供亮温标定，且切换开关连接天线，并根据平衡判断调整天线与参考源的输出频率或占空比。

作为进一步的限定，所述FPGA信号处理模块包括方波发生器和同步模块，通过方波发生器及同步模块同步标记出输出为天线还是参考源。

作为进一步的限定，所述FPGA信号处理模块通过开关驱动连接切换开关。

第二方面，本发明实施例还提供了一种太阳射电辐射计及频谱观测控制方法，采用所述的太阳射电辐射计及频谱观测系统，包括：