一種抗干擾射電天文k因子輻射計的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種抗干擾射電天文K因子輻射計，該輻射計設置有電源模塊，電源模塊用于為一恒溫噪聲源供電，輻射計接收所述噪聲源發(fā)出的白噪聲信號和觀測信號；該輻射計還包括信號放大電路、直流通路、交流通路和A/D采集電路；直流通路和交流通路將接收到的信號進行交直流分流，交流通路為強度已知的白噪聲信號，直流通路為包含流量信息的強度信號；K因子為直流通路的信號、交流通路信號二者的比值；通過噪聲信號平均功率的強度起伏來標定天線接收機系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性；可將天線系統(tǒng)整體的各項不穩(wěn)定因素一并剔除，排除了每一個傳輸器件的增益漂移等不穩(wěn)定因素，提高了系統(tǒng)測量的準確性和穩(wěn)定度。
【專利說明】一種抗干擾射電天文K因子輻射計

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉涉及一種抗干擾射電天文K因子輻射計。

【背景技術】
[0002] 射電天文流量觀測的接收機系統(tǒng)由低噪聲放大器，濾波、混頻器和中頻放大，以及 總功率輻射計組成。傳統(tǒng)的接收機系統(tǒng)特點是各個組成部分獨立行使功能，完成對信號的 處理。傳統(tǒng)輻射計的基本功能是：檢測某一頻帶內(nèi)信號總功率的變化，實現(xiàn)對目標射電源的 流量監(jiān)測。目前傳統(tǒng)的射電天文輻射計是基于檢波二極管的，檢波二極管通過其載流子與 輸入信號功率之間的對應關系，輸出的直流電壓與輸入信號的總功率呈線性關系，由此來 確定輸入寬帶信號的總功率大小。
[0003] 射電天文研究中，需要對射電源進行高精度的流量觀測，如對標準源的流量定標， 射電變源的研究，以及星際閃爍和行星際閃爍的研究等等。此時，環(huán)境的無線電干擾和天線 系統(tǒng)各器件及傳輸線路的增益/衰減穩(wěn)定性成為兩大制約因素。傳統(tǒng)的接收機系統(tǒng)正常工 作時，不具備對各器件的穩(wěn)定性進行監(jiān)測的功能，一定程度上無法區(qū)分最終觀測數(shù)據(jù)的強 度變化是來自天線接收信號自身的變化還是由于經(jīng)天線接收機系統(tǒng)傳輸過程中引入的起 伏；系統(tǒng)設備的增益漂移會導致射電源流量曲線嚴重失真，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種抗干擾射電天文K 因子輻射計，該輻射計提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決了信號傳輸過程中設備增益漂移影響系 統(tǒng)精度的問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：
[0006] -種抗干擾射電天文K因子輻射計，輻射計設置有電源模塊，所述電源模塊用于 為一恒溫噪聲源供電，所述輻射計接收所述噪聲源發(fā)出的白噪聲信號和觀測信號；
[0007] 所述輻射計還包括信號放大電路、直流通路、交流通路和A/D采集電路；
[0008] 所述信號放大電路用于將耦合后的觀測信號和白噪聲信號進行放大，并將放大后 的信號經(jīng)同樣的傳輸線路輸入所述直流通路和交流通路；
[0009] 所述直流通路和交流通路將接收到的信號進行交直流分流，交流通路為強度已知 的白噪聲信號，直流通路為包含流量信息的強度信號；將直流通路的信號、交流通路信號二 者的比值定義為K因子；
[0010] 所述A/D采集電路用于采集直流通路和交流通路信號，并將采集的信號輸入觀測 軟件，進行數(shù)據(jù)預處理及記錄。
[0011] 進一步，所述直流通路的輸出信號下游設置反向偏置電壓電路，把OFF觀測周期 的直流輸出作為底值，在0N周期中將其扣除。
[0012] 進一步，所述反向偏置電壓電路下游設置有直流信號放大電路，對扣除底值后的 直流電壓進行放大。
[0013] 進一步，所述信號放大電路由比例放大、比例積分、可調(diào)比例放大電路依次連接構(gòu) 成。
[0014] 進一步，所述直流通路設置有可編程比例放大芯片AD526,用于調(diào)節(jié)比例放大倍 數(shù)。
[0015] 進一步，所述交流通路設置有可選開關ADG419,其工作信號與白噪聲信號源供電 信號相同。
[0016] 本實用新型的輻射計具有如下特點：通過噪聲信號平均功率的強度起伏來標定天 線接收機系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性；可將天線系統(tǒng)整體的各項不穩(wěn)定因素一并剔除，排除了每一 個傳輸器件的增益漂移等不穩(wěn)定因素，提高了系統(tǒng)測量的準確性和穩(wěn)定度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型輻射計的原理示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型輻射計設置反向偏置電壓電路的原理示意圖；
[0019] 圖3是本實用新型輻射計的電路圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖詳細解釋本實用新型的方案：
[0021] 如圖1所示，天線系統(tǒng)前端注入方波調(diào)制的白噪聲信號，與觀測信號耦合后經(jīng)過 同樣的傳輸路線輸入低噪聲放大器，輻射計內(nèi)部對信號進行交直流分流，交流通路為注入 的強度已知校準信號，直流通路為包含流量信息的強度信號；最終通過二者的比值，扣除天 線設備增益漂移因素，得出射電源相對強度信息。同時，輻射計還包括單片機A/D采集及控 制電路，用于采集直流通路和交流通路信號，并將采集的信號輸入觀測軟件，進行數(shù)據(jù)預處 理及記錄；白噪聲信號源由輻射計輸出的lKHz的交變方波調(diào)制信號為其供電，簡化了系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)。
[0022] 圖1右側(cè)所示，天線輸入信號包括天線溫度Ta、系統(tǒng)噪聲溫度I；和方波調(diào)制的噪 聲溫度AT，其中直流分量包括Ta，I；，AT;交流分量包括AT。圖1左側(cè)，假設K因子輻射 計內(nèi)部直流、交流通路增益相等，為K。，S卩：Kd=Ka=K。。
[0023] 福射計輸出電壓直流分量：
[0024] Vd=a*K0*Kc* (Tr+Ta+AT)
[0025] 交流分量：
[0026] Va=a*K0*Kc*AT
[0027] 其中a為比例常數(shù)。直流、交流之比K:
[0028] K=Vd/Va= (Tr+Ta+AT)/T
[0029] 射電源流量觀測采用0N/0FF模式，天線指向背景時，
[0030] Koff= (Tr+Tb+AT) /AT
[0031] 其中Tb為天空背景溫度。天線指向射電源時：
[0032] Kon= (Tr +TS+Tb +AT)/AT
[0033] 其中Ts為射電源溫度。
[0034] 射電源亮溫度：
[0035] Ts=AT*(Kon-Koff)
[0036] 上式中，AT是已知可設參量。所以，可以由輻射計輸出的直、交流電壓之比得到 因子K，用0N、0FF觀測周期的K因子之差來表征射電源的相對強度。比例因子K 的引入，即通過觀測信號與校準信號比值的方式，排除了信號傳輸過程中，各設備的不穩(wěn)定 增益漂移情況，從而可以獲得較真實的射電源流量及其變化信息。獲得射電源真實流量，可 通過已知強度校準源進行流量相對定標。
[0037] 如圖2所示，在上述實施例的基礎上，引入自適應偏置電壓式K因子輻射計直流路 VDC處添加了反向偏置電壓Vm，后經(jīng)直流放大輸出Vs。引入偏置電壓，可以把OFF觀測周期 的直流輸出作為底值，在0N周期中將其扣除，可直接得到表征射電源流量的直流電壓。另 夕卜，如果射電源流量強度相對于背景噪聲強度較弱，扣除底值后對電壓進行直流放大，有利 于獲得更加精確地模擬電壓值。
[0038] Vm信號由計算機自動設置，輻射計將VD。、VA。、Vs輸入計算機，通過采集軟件計算 ON、OFF周期的Ks :
[0039] Ks =Vs /VAC
[0040] 射電源相對流量由AT*KS得出。
[0041] 如圖3所示，本實用新型輻射計的放大電路由比例放大、比例積分、可調(diào)比例放大 電路依次連接構(gòu)成，在直流通路中設置有可編程比例放大芯片AD526,用于按需要調(diào)節(jié)比例 放大倍數(shù)；交流通路設置有可選開關ADG419,其工作信號與白噪聲信號源供電信號一致； 以便計算白噪聲信號的平均功率。
[0042] 本實用新型主要思想是將混頻本振頻率設置為通道內(nèi)的強干擾頻點，抑制最強干 擾，同時采用良好的鏡像濾波器抑制帶內(nèi)次級干擾。另外，將中頻濾波器、中頻數(shù)控步進衰 減器等移入室內(nèi)輻射計。選用這種內(nèi)外設備分割法的優(yōu)點有：可減去控制電纜；后級設備 工作在溫度更穩(wěn)定的室內(nèi)條件下，可提高增益穩(wěn)定性；減小高頻室中設備尺寸和重量；便 于維修。如果中頻中仍然存在干擾，可加中頻陷波器加以抑制。
[0043] 為配合新研制的K因子輻射計的工作特點，需研制專用的觀測軟件。功能上包括： 單片機通訊和數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)預處理和記錄模塊；人機交互模塊。軟件通過C++編程語 言，在Windows平臺下調(diào)用微軟基礎類庫MFC(MicrosoftFoundationClassLibrary)，使 用VisualC++ 6. 0編輯環(huán)境編寫。
[0044] 獲得觀測數(shù)據(jù)是軟件的基礎功能，故單片機通訊和數(shù)據(jù)采集模塊是軟件開發(fā)的首 要任務和基本目標。K因子輻射計包含模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集芯片，由單片機控制并通過串口 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。
[0045] 實現(xiàn)硬件接口選擇串口R232,傳輸速度為28800bit/s，此速度可滿足5ms采樣 率的數(shù)據(jù)傳輸。對單片機與計算機傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議格式進行了定義，主要包括輻射計狀態(tài)命 令、三路電壓數(shù)據(jù)、OWOFFi指示信號以及Vos偏置電壓信號。軟件對串口接收到的命令 包進行信息讀取，并通過軟件內(nèi)部模塊之間接口，將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)預處理及記錄和人機 交互模塊。
[0046] 數(shù)據(jù)預處理模塊接收到采集的數(shù)據(jù)，進行初步處理，功能有：
[0047] 1)數(shù)據(jù)記錄：VAC，VDC，Vs，Ks;其中，時計算儲存；
[0048] 2) 0FF/0N半周期數(shù)據(jù)處理：計算VA。，VD。，KS()ff，Ksm平均值，方差，并剔除干擾數(shù) 據(jù)；
[0049] 3)利用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種抗干擾射電天文K因子輻射計，其特征在于，所述輻射計設置有電源模塊，所述 電源模塊用于為一恒溫噪聲源供電，所述輻射計接收所述噪聲源發(fā)出的白噪聲信號和觀測 信號； 所述輻射計還包括信號放大電路、直流通路、交流通路和A/D采集電路； 所述信號放大電路用于將耦合后的觀測信號和白噪聲信號進行放大，并將放大后的信 號經(jīng)同樣的傳輸線路輸入所述直流通路和交流通路； 所述直流通路和交流通路將接收到的信號進行交直流分流，交流通路為強度已知的白 噪聲信號，直流通路為包含流量信息的強度信號；將直流通路的信號、交流通路信號二者的 比值定義為K因子； 所述A/D采集電路用于采集直流通路和交流通路信號，并將采集的信號輸入觀測軟 件，進行數(shù)據(jù)預處理及記錄。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計，其特征在于，所述直流通路的輸出信號下游設置反 向偏置電壓電路，把OFF觀測周期的直流輸出作為底值，在ON周期中將其扣除。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射計，其特征在于，所述反向偏置電壓電路下游設置有直 流信號放大電路，對扣除底值后的直流電壓進行放大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計，其特征在于，所述信號放大電路由比例放大、比例積 分、可調(diào)比例放大電路依次連接構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計，其特征在于，所述直流通路設置有可編程比例放大 芯片AD526,用于調(diào)節(jié)比例放大倍數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計，其特征在于，所述交流通路設置有可選開關ADG419， 其工作信號與白噪聲信號源供電信號相同。
【文檔編號】G01R29/08GK204203364SQ201420628856
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】劉彬, 劉麗佳, 彭勃 申請人:中國科學院國家天文臺