專利名稱：一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波遙感微波輻射計(jì)的技術(shù)范疇，特別是涉及一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)。
背景技術(shù)：
一臺(tái)理想的微波輻射計(jì)的輸出電壓可表示成Vout = Gs - (T' A+TEEC) (1)其中，T' A為微波天線輸出的信號(hào)溫度；Tkec為接收機(jī)本身的等效噪聲溫度；GS為系統(tǒng)總增益；V-代表微波天線輸出的信號(hào)溫度的輻射計(jì)輸出電壓。由公式⑴看到，要想保證v。ut能夠準(zhǔn)確反映T ‘ A，確保微波輻射計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度，必須使( 和TKE。始終保持恒定。從微波輻射計(jì)誕生起，為了消除系統(tǒng)增益( 波動(dòng)的影響，人們提出了多種技術(shù)方案。特別是在當(dāng)今計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的情況下，為使微波輻射計(jì)具有體積小、重量輕、易于制作，以及功耗和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，中國科學(xué)院長春地理研究所1996年申請(qǐng)了 “數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)”實(shí)用新型專利(中國專利號(hào)為ZL96220486.2)。圖5為已有的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。其中包括天線09)、微波開關(guān)(30)、全功率輻射計(jì)接收機(jī)(31)、數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)(32)和恒溫參考源(33)等。其中數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)完成系統(tǒng)增益補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程(34)。數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的工作原理首先，在室溫環(huán)境下由數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)(32) 控制微波開關(guān)(30)接通恒溫參考源(33)，再由數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的A/D采集全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)(31)的輸出電壓V。ut，此時(shí)輸出電壓V。ut = Vte = Gs (TE+TEEC)。將Vtk做為反映微波輻射計(jì)系統(tǒng)增益( 的標(biāo)準(zhǔn)電壓值存入到數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的EPROM中；其次，當(dāng)微波輻射計(jì)的增益變?yōu)镚' s時(shí)，由數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)(3 控制微波開關(guān)(30)，使微波輻射計(jì)接收機(jī)(31)在補(bǔ)償周期內(nèi)交替接通恒溫參考源(3 和天線(四)，再由數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的A/D分別采集微波接收機(jī)的輸出電壓 V。ut = V' TR = G' S(TK+TKEC)和 V。ut = V' ta = G' s(T' A+TKEC)，并分別存入到數(shù)字補(bǔ)償系統(tǒng)的RAM存儲(chǔ)器中；最后，假設(shè)在這個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)微波輻射計(jì)的增益G' s 沒有發(fā)生改變，那么數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行下列補(bǔ)償運(yùn)算Vta= (Vte/V te) 'V' TA = Gs - (T' A+TEEC) (2)由此得到系統(tǒng)增益為( 的能夠表達(dá)天線輸出端信號(hào)T' A的并由D/A輸出的電壓值Vta，從而消除了系統(tǒng)增益( 波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精確度帶來的影響。這里的補(bǔ)償周期是指系統(tǒng)增益在不發(fā)生變化情況下的微波開關(guān)接通參考源和天線所用的時(shí)間總和；Vtk是系統(tǒng)增益波動(dòng)前的接收機(jī)輸出的參考源電壓值，V' ^是系統(tǒng)增益波動(dòng)后的參考源電壓值，V' 是系統(tǒng)增益波動(dòng)后的天線輸出的電壓值，Gs和G' s分別為波動(dòng)前和波動(dòng)后的系統(tǒng)增益值，Te 和T' A分別為參考源和天線輸出的目標(biāo)的噪聲溫度值。通常情況下，微波輻射計(jì)系統(tǒng)可以等效成一臺(tái)由微波器件組成的熱噪聲系統(tǒng)。顯然，“數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)”的技術(shù)方案中沒有考慮到整機(jī)噪聲溫度Tkk的波動(dòng)以及天、饋線損耗給輻射計(jì)測(cè)量精確度帶來的影響；另外，數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)技術(shù)方案中還使用了恒溫參考源(33)，這就限制了輻射計(jì)的整機(jī)體積、重量和功耗的減小程度。同時(shí)，數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)還存在著開機(jī)穩(wěn)定時(shí)間過長等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)。它是在中國科學(xué)院長春地理研究所1996年申請(qǐng)的“數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)”技術(shù)方案的基礎(chǔ)上(中國專利號(hào)為ZL96220486. 2)，增加了系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償技術(shù)方案；去掉了原技術(shù)方案中的恒溫參考源，改用實(shí)時(shí)測(cè)量物理溫度的匹配負(fù)載作為參考源；并優(yōu)化了系統(tǒng)增益( 波動(dòng)的補(bǔ)償運(yùn)算方案。從而解決了 “數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)”技術(shù)方案中存在的系統(tǒng)噪聲溫度Tkk和天、饋線損耗引起的噪聲溫度不確定性給輻射計(jì)測(cè)量精確度帶來的影響，并進(jìn)一步減小了輻射計(jì)整機(jī)的體積、重量和功耗以及開機(jī)穩(wěn)定時(shí)間長等技術(shù)缺陷。圖1為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)包括天線、微波開關(guān)、全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)和數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，其中還包括高精度測(cè)溫電路、微波前端組件的測(cè)溫鉬電阻、匹配負(fù)載測(cè)溫鉬電阻、天線物理溫度測(cè)溫鉬電阻以及匹配負(fù)載；所述的微波前端組件由全功率微波輻射計(jì)、微波開關(guān)和微波匹配負(fù)載組成；所述的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)除了有優(yōu)化運(yùn)算的系統(tǒng)增益補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程外，還有系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程。圖2為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。所述的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)包括單片機(jī)，與單片機(jī)連接的EPROM程序存儲(chǔ)器、RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)字表、RS-232通訊接口和PC計(jì)算機(jī)；并且單片機(jī)還與四個(gè)通道的 A/D轉(zhuǎn)換器以及微波開關(guān)連接；與已有技術(shù)方案中使用的單通道A/D轉(zhuǎn)換器不同的是，本發(fā)明的技術(shù)方案使用了具有四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器；另外，在數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的EPROM程序存儲(chǔ)器中不僅存有系統(tǒng)增益補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程，還存有噪聲溫度補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程；噪聲溫度補(bǔ)償運(yùn)算的關(guān)鍵要求微波前端組件的等效輸入噪聲溫度Tkec與其物理溫度T1之間的關(guān)系曲線Tkec(T1)參數(shù)以及微波天線和饋線的總損耗、參數(shù)必須被準(zhǔn)確測(cè)量得到，并把這些測(cè)取到的參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)EPROM程序存儲(chǔ)器內(nèi)。圖4為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的鉬電阻測(cè)溫電路圖。所述的微波前端組件10、匹配負(fù)載9和天線1的物理溫度1\、T2和T3的測(cè)溫電路可以分別采用如圖4所示的同一種電路；如圖4所示，測(cè)溫電路包括LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器21、電阻隊(duì)22、可調(diào)電阻&23、 PtlOO鉬電阻1 口4以及單電源儀用高精度運(yùn)算放大器AD62325、電阻RJ6、電容Q27和CJ8 元器件；電阻禮22與可調(diào)電阻連接；LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器21與可調(diào)電阻&23、ptl00 鉬電阻1 口4連接；高精度運(yùn)算放大器AD62325的正負(fù)端分別與ptlOO鉬電阻1 口4的兩端連接，高精度運(yùn)算放大器AD62325與電阻民沈的兩端連接，高精度運(yùn)算放大器AD62325還與電容Q27和CJ8元器件連接；測(cè)溫電路的LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器21和高精度運(yùn)算放大器AD62325分別接Vee，精度運(yùn)算放大器AD62325的一端接Vtl ；其中ptlOO采用四線制鉬電阻。圖3為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的工作流程圖。微波輻射計(jì)開機(jī)后，在一個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)，其工作過程包括如下步驟步驟100，開始，數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)中的單片機(jī)開始工作；步驟101，由單片機(jī)控制四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器，分時(shí)采集由高精度測(cè)溫電路、微波前端組件的測(cè)溫鉬電阻、匹配負(fù)載測(cè)溫鉬電阻、天線物理溫度測(cè)溫鉬電阻、匹配負(fù)載和天線的物理溫度1\、T2和T3值；步驟102，將1\、T2和T3三路物理溫度值存入到RAM存儲(chǔ)器中；步驟103，單片機(jī)從EPROM中提取Tkec(T1)曲線的參數(shù)，以及從RAM中提取T1值；步驟104，計(jì)算Tkec(T1)值，并把計(jì)算得到的Tkec(T1)值存入到RAM中；步驟105，在一個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)，單片機(jī)通過控制線控制微波開關(guān)接通匹配負(fù)載；步驟106，單片機(jī)控制四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器采集全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)的輸出電壓V。ut值；步驟107，令Vout = Vte = Gs · [T2+TEEC (T1)]，并存入到RAM中，這里Gs為系統(tǒng)增益， Teec(T1)為微波前端組件的等效噪聲溫度，T1為組件物理溫度，T2為匹配負(fù)載的物理溫度；步驟108，在同一個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)，單片機(jī)通過控制線控制微波開關(guān)接通天線輸出端；步驟109，單片機(jī)控制四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器采集全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)的輸出電壓V。ut值；步驟110，令V。ut = Vta = Q .[T' A+T厭(T1)],并存入到RAM中，這里T' A為天線輸出端輸出的噪聲溫度；步驟111，單片機(jī)提取EPROM和RAM中的參數(shù)，直接計(jì)算VTA/VTK = m,并存入到RAM 中，消除增益( 波動(dòng)的影響；計(jì)算TA =、· [m.T2+(m-l) -Teec (T1)]+ (I-Ln) ·Τ3，存入到 RAM中，消除系統(tǒng)噪聲溫度波動(dòng)的影響，其中，T3為天、饋線的物理溫度，Ln為天、饋線的總損耗；最終得到直接反映微波輻射計(jì)天線接收目標(biāo)信號(hào)Ta的準(zhǔn)確亮度溫度值；步驟112，單片機(jī)控制數(shù)字表直接顯示Ta值；步驟113，通過RS-232通訊接口，將Ta值送入到PC機(jī)顯示；步驟114，單片機(jī)控制D/A輸出模擬Ta值；步驟115，是否執(zhí)行下一個(gè)補(bǔ)償周期？繼續(xù)執(zhí)行，再次執(zhí)行步驟101 114，否則執(zhí)行步驟116 ；步驟116，結(jié)束。上述步驟中的控制、采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示和通訊等步驟可在單片機(jī)內(nèi)使用機(jī)器語言編制的程序來完成，而其中的存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示和通訊等步驟也可在PC機(jī)內(nèi)采用高級(jí)語言編制的程序來部分或全部完成。另外，其中的補(bǔ)償周期與“數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)” 實(shí)用新型專利(中國專利號(hào)為ZL96220486. 2)技術(shù)方案中的概念和大小相同。有益效果本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)通過利用高精度鉬電阻測(cè)溫傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量微波前端組件、微波天線和微波匹配負(fù)載的物理溫度，并利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)增益補(bǔ)償和噪聲溫度補(bǔ)償兩個(gè)運(yùn)算進(jìn)程，不僅消除了增益( 波動(dòng)對(duì)微波輻射計(jì)測(cè)量精確度帶來的影響，而且還消除了系統(tǒng)噪聲溫度TKE。以及天、饋線損耗、引起的噪聲不確定性給測(cè)量精確度帶來的影響，并最終給出了直接反映微波輻射計(jì)天線接收目標(biāo)信號(hào)Ta的準(zhǔn)確亮度溫度值。由于本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的術(shù)方案中沒有使用恒溫參考源，因此，進(jìn)一步降低了微波輻射計(jì)整機(jī)的體積、功耗和重量，縮短了輻射計(jì)開機(jī)的等待時(shí)間，極大地方便了用戶的使用和野外運(yùn)輸。


圖1為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。圖2為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框。圖3為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的工作流程圖.圖4為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的鉬電阻測(cè)溫電路圖。圖5為已有的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本發(fā)明提供了一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)，它是在中國科學(xué)院長春地理研究所1996年申請(qǐng)的“數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)”技術(shù)方案的基礎(chǔ)上(中國專利號(hào)為 ZL96220486. 2)，本發(fā)明增加了系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償技術(shù)方案；去掉了原技術(shù)方案中的恒溫參考源，改用實(shí)時(shí)測(cè)量物理溫度的匹配負(fù)載作為參考源；并優(yōu)化了系統(tǒng)增益波動(dòng)的補(bǔ)償運(yùn)
算方案。圖1為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)包括天線1、微波開關(guān)2、全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)3和數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)4，其中還包括高精度測(cè)溫電路5、微波前端組件10的測(cè)溫鉬電阻6、匹配負(fù)載測(cè)溫鉬電阻7、天線物理溫度測(cè)溫鉬電阻8以及匹配負(fù)載9 ；所述的微波前端組件10由全功率微波輻射計(jì)3、微波開關(guān)2和微波匹配負(fù)載9組成；所述的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)除了有優(yōu)化運(yùn)算的系統(tǒng)增益補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程11外，還有系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程12。圖2為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框示意圖。所述的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)包括單片機(jī)14，與單片機(jī)14連接的EPROM程序存儲(chǔ)器 15、RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16、D/A轉(zhuǎn)換器17、數(shù)字表18、RS_232通訊接口 19和PC計(jì)算機(jī)20 ；并且單片機(jī)14還與四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器13以及微波開關(guān)連接；與已有技術(shù)方案中使用的單通道A/D轉(zhuǎn)換器不同的是，本發(fā)明的技術(shù)方案使用了具有四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器(13)；另外，在數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的EPROM程序存儲(chǔ)器15中不僅存有系統(tǒng)增益補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程11，還存有噪聲溫度補(bǔ)償運(yùn)算進(jìn)程12 ；噪聲溫度補(bǔ)償運(yùn)算的關(guān)鍵要求微波前端組件10 的等效輸入噪聲溫度Tkk與其物理溫度T1之間的關(guān)系曲線Tkk(T1)參數(shù)以及微波天線和饋線的總損耗、參數(shù)必須被準(zhǔn)確測(cè)量得到，并把這些測(cè)取到的參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)EPROM程序存儲(chǔ)器15內(nèi)。
圖3為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的工作流程圖。微波輻射計(jì)開機(jī)后，在一個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)，其工作過程包括如下步驟步驟100，開始，數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)4中的單片機(jī)14開始工作；步驟101，由單片機(jī)控制四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器，分時(shí)采集由高精度測(cè)溫電路5、微波前端組件的測(cè)溫鉬電阻6、匹配負(fù)載測(cè)溫鉬電阻7、天線物理溫度測(cè)溫鉬電阻8、匹配負(fù)載 9和天線1的物理溫度T1、T2和T3值；步驟102，將T1、T2和T3三路物理溫度值存入到RAM存儲(chǔ)器16中；步驟103，單片機(jī)從EPROM中提取Tkec(T1)曲線的參數(shù)，以及從RAM中提取T1值；步驟104，計(jì)算Tkec(T1)值，并把計(jì)算得到的Tkec(T1)值存入到RAM中；步驟105，在一個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)，單片機(jī)通過控制線控制微波開關(guān)接通匹配負(fù)載；步驟106，單片機(jī)控制四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器13采集全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)的輸出電壓V。ut值；步驟107，令Vout = Vte = Gs · [T2+TEEC (T1)]，并存入到RAM中，這里Gs為系統(tǒng)增益， Teec(T1)為微波前端組件的等效噪聲溫度，T1為組件物理溫度，T2為匹配負(fù)載的物理溫度；步驟108，在同一個(gè)補(bǔ)償周期內(nèi)，單片機(jī)通過控制線控制微波開關(guān)接通天線輸出端；步驟109，單片機(jī)控制四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器13采集全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)的
輸出電壓V。ut值；步驟110，令V。ut = Vta = Q .[T' A+T厭(T1)],并存入到RAM中，這里T' A為天線輸出端輸出的噪聲溫度；步驟111，單片機(jī)提取EPROM和RAM中的參數(shù)，直接計(jì)算VTA/VTK = m,并存入到RAM 中，消除增益( 波動(dòng)的影響；計(jì)算TA =、· [m.T2+(m-l) -Teec (T1)]+ (I-Ln) ·Τ3，存入到 RAM中，消除系統(tǒng)噪聲溫度波動(dòng)的影響，其中，T3為天、饋線的物理溫度，Ln為天、饋線的總損耗；最終得到直接反映微波輻射計(jì)天線接收目標(biāo)信號(hào)Ta的準(zhǔn)確亮度溫度值；步驟112，單片機(jī)控制數(shù)字表直接顯示Ta值；步驟113，通過RS-232通訊接口，將Ta值送入到PC機(jī)顯示；步驟114，單片機(jī)控制D/A輸出模擬Ta值；步驟115，是否執(zhí)行下一個(gè)補(bǔ)償周期？繼續(xù)執(zhí)行，再次執(zhí)行步驟101 114，否則執(zhí)行步驟116 ；步驟116，結(jié)束。上述步驟中的控制、采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示和通訊等步驟可在單片機(jī)內(nèi)使用機(jī)器語言編制的程序來完成，而其中的存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示和通訊等步驟也可在PC機(jī)內(nèi)采用高級(jí)語言編制的程序來部分或全部完成。另外，其中的補(bǔ)償周期與“數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)” 實(shí)用新型專利(中國專利號(hào)為ZL96220486. 2)技術(shù)方案中的概念和大小相同。本實(shí)施例中，微波前端組件的等效噪聲溫度Tkec(T1)曲線的參數(shù)是在-40 +50°C 環(huán)境溫度范圍內(nèi)測(cè)量得到的，其中的四個(gè)波段的Tkk(T1)曲線參數(shù)是通過最小二乘法擬合得到6. 6GHz =Teec(T1) = T1 · (3. 3679 X 10-51\2_1· 5217 X 10^+2. 5021)；19. 35GHz =Teec(T1) = T1 · (-1. 1328 X IO-5T12+!. 3701 X 1(Γ2Τ「1· 5556)；
23. 8GHz =Teec(T1)) = T1 · (3. 1620 X IO^4T12"!- 7123 X 10^^+25. 694)；37GHz =Teec(T1) = T1 · (1. 3123 X 10-41\2_6· 3030 X 10^+10. 261)。由此看出，不同的微波前端組件其Tkk(T1)具有不同的曲線參數(shù)，因此本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)要求對(duì)具體的微波前端組件進(jìn)行具體的溫度測(cè)量，以獲取準(zhǔn)確的Tkec(T1)曲線參數(shù)。圖4為本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的鉬電阻測(cè)溫電路圖。所述的微波前端組件10、匹配負(fù)載9和天線1的物理溫度1\、T2和T3的測(cè)溫電路可以分別采用如圖4所示的同一種電路；如圖4所示，測(cè)溫電路包括LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器21、電阻隊(duì)22、可調(diào)電阻&23、 PtlOO鉬電阻1 口4以及單電源儀用高精度運(yùn)算放大器AD62325、電阻RJ6、電容Q27和CJ8 元器件；電阻禮22與可調(diào)電阻連接；LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器21與可調(diào)電阻&23、ptl00 鉬電阻1 口4連接；高精度運(yùn)算放大器AD62325的正負(fù)端分別與ptlOO鉬電阻1 口4的兩端連接，高精度運(yùn)算放大器AD62325與電阻民沈的兩端連接，高精度運(yùn)算放大器AD62325還與電容Q27和CJ8元器件連接；測(cè)溫電路的LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器21和高精度運(yùn)算放大器 AD62325分別接Vee，精度運(yùn)算放大器AD62325的一端接Vtl ；其中ptlOO采用四線制鉬電阻。在-40 +50°C環(huán)境溫度范圍內(nèi)，在保證測(cè)溫精度士0. 1°C的基礎(chǔ)上，為降低單片機(jī)運(yùn)算的復(fù)雜程度，取PtlOO鉬電阻的線性部分Rt = 100X (1+0. 00390802t)計(jì)算，其中t 為攝氏溫度。其測(cè)溫原理為由LM317A穩(wěn)壓器21、電阻禮22和電位器&23構(gòu)成的恒流源給 PtlOO鉬電阻供電。取民=1故0的標(biāo)稱電阻，利用電阻本身的離散誤差，最終可使AD623 的放大倍數(shù)控制在7. 25左右。ptlOO鉬電阻的工作電流小于5mA，調(diào)整&使流過ptlOO的電流為3. 53mA左右，由此最終可使AD623的輸出電壓V。= 2. 56+t/100。這為單片機(jī)處理數(shù)據(jù)提供了便利條件。當(dāng)V。。取+5V時(shí)，R1可采用180 Ω的標(biāo)稱電阻，R2可采用200 Ω的精密電位器。為了保證測(cè)溫精度，上述電阻需要采用溫度穩(wěn)定的金屬膜電阻。電容(^和(2可分別采用0. 1 μ F的獨(dú)石電容和10 μ F的電解電容，以有效消除雜波干擾。由于由微波輻射計(jì)接收機(jī)3、微波開關(guān)2和微波匹配負(fù)載9同組成的微波前端組件 10組件內(nèi)部可填充有導(dǎo)熱硅脂，整個(gè)組件具有良好的溫度均勻性，因而接收機(jī)3和匹配負(fù)載9的物理溫度基本保持一致T1 = T2,為此本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)技術(shù)方案中可以減少一路測(cè)溫。圖2中的單片機(jī)14可以使用通用的51系列單片機(jī)；四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器13可以采用AD7777四通道10-bit高速轉(zhuǎn)換器。其它器件如EPR0M、RAM、 D/A轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字顯示表等沒有特殊的要求，可以使用市場(chǎng)上的通用器件。本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)的系統(tǒng)增益補(bǔ)償VA/VK = m和系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償Ta = Ln · [m · T2+(m-l) · Teec(T1) ] +(I-Ln) · T3的兩個(gè)運(yùn)算進(jìn)程11和12，以及溫度的轉(zhuǎn)換V。= 2. 56+t/100運(yùn)算進(jìn)程，可以在單片機(jī)內(nèi)直接使用機(jī)器語言來編制完成，也可以通過RS-232通訊接口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C計(jì)算機(jī)內(nèi)再用高級(jí)語言編制來完成。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)，其特征在于包括天線(1)、微波開關(guān)O)、全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)⑶和數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)G)，還包括鉬電阻高精度測(cè)溫電路(5)、微波前端組件(10)的測(cè)溫鉬電阻(6)、匹配負(fù)載(9)及其測(cè)溫鉬電阻(7)、天線⑴的物理溫度測(cè)溫鉬電阻⑶；所述的微波開關(guān)(2)與天線(1)、全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)(3)及匹配負(fù)載(9)連接， 微波開關(guān)⑵還與數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)⑷連接；鉬電阻高精度測(cè)溫電路(5)和數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)(4)、天線(1)的物理溫度測(cè)溫鉬電阻(8)、微波前端組件(10)的測(cè)溫鉬電阻(6)、匹配負(fù)載(9)的測(cè)溫鉬電阻(7)連接；所述的全功率微波輻射計(jì)(3)、微波開關(guān)( 和微波匹配負(fù)載(9)組成微波前端組件 (10)；所述的數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的構(gòu)成包括單片機(jī)(14)，以及與單片機(jī)(14)連接的 EPROM程序存儲(chǔ)器(15)、RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(16)、D/A轉(zhuǎn)換器(17)、數(shù)字表(18)、RS_232通訊接口(19)、PC計(jì)算機(jī)(20)、四個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換器(13)和微波開關(guān)(2)；在數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的EPROM程序存儲(chǔ)器(15)中存有系統(tǒng)增益補(bǔ)償VA/VK = m的運(yùn)算進(jìn)程(11)和系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償Ta = Ln · [m.T2+(m-l) · Teec(T1) ] +(I-Ln) · T3的運(yùn)算進(jìn)程(1 ；在數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)EPROM程序存儲(chǔ)器(1 內(nèi)存儲(chǔ)微波前端組件(10)的等效輸入噪聲溫度TKE。與其物理溫度T1之間的關(guān)系曲線Tkk(T1)以及微波天線和饋線的總損耗、 測(cè)量參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)，其特征在于，所述的系統(tǒng)增益補(bǔ)償VA/VK = m的運(yùn)算進(jìn)程(11)和系統(tǒng)噪聲溫度補(bǔ)償Ta = Ln [!!! !^+(m-l) -Teec(T1) ] +(1-L n) -T3的運(yùn)算進(jìn)程(1 ，以及溫度的轉(zhuǎn)換V。= 2. 56+t/100運(yùn)算進(jìn)程，在單片機(jī)內(nèi)直接使用機(jī)器語言來編制完成，或者，通過RS-232通訊接口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C計(jì)算機(jī)內(nèi)再用高級(jí)語言編制來完成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)，其特征在于，所述的微波前端組件(10)、匹配負(fù)載(9)和天線⑴的物理溫度1\、T2和T3的測(cè)溫電路分別采用如下的同一種電路所述的測(cè)溫電路包括LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器、電阻隊(duì)(22)、可調(diào)電阻、 PtlOO鉬電阻以及單電源儀用高精度運(yùn)算放大器AD623(25)、電阻R306)、(^ 07)和電容C208)；電阻與可調(diào)電阻連接；LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器Ql)與可調(diào)電阻&03)、？1100鉬電阻1 ^24)連接；高精度運(yùn)算放大器AD623(25)的正負(fù)端分別與ptlOO 鉬電阻& 04)的兩端連接，高精度運(yùn)算放大器AD623 (25)與電阻R3 06)的兩端連接，高精度運(yùn)算放大器AD623(2Q還與連接；測(cè)溫電路的LM317A三端可調(diào)穩(wěn)壓器Ql)和高精度運(yùn)算放大器AD623(25)分別接Vrc，精度運(yùn)算放大器AD62325的一端接Vtl ；其中ptlOO鉬電阻 Rt(24)采用四線制鉬電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償微波輻射計(jì)，包括天線、微波開關(guān)、全功率微波輻射計(jì)接收機(jī)和數(shù)字自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，還包括鉑電阻高精度測(cè)溫電路、微波前端組件的測(cè)溫鉑電阻、匹配負(fù)載及其測(cè)溫鉑電阻、天線的物理溫度測(cè)溫鉑電阻；利用高精度鉑電阻測(cè)溫傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量微波前端組件、微波天線和微波匹配負(fù)載的物理溫度，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)增益補(bǔ)償和噪聲溫度補(bǔ)償兩個(gè)運(yùn)算進(jìn)程，消除了增益波動(dòng)對(duì)測(cè)量精確度和系統(tǒng)噪聲溫度TREC和天、饋線損耗Lη引起的噪聲不確定性給測(cè)量精確度帶來的影響，給出了直接反映微波輻射計(jì)天線接收目標(biāo)噪聲信號(hào)TA的準(zhǔn)確亮度溫度值。整機(jī)體積小，重量輕，功耗低，縮短了開機(jī)的等待時(shí)間，極大地方便了用戶的野外使用和運(yùn)輸。
文檔編號(hào)G01R29/08GK102169142SQ20101057758
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉兆禮, 劉寶江, 董航 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所