автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Портативные цифровые микроволновые радиометры на базе метода комбинированной импульсной модуляции с авторегулированием нулевого баланса

На правах рукописи

Филатов Александр Владимирович

Портативные цифровые микроволновые радиометры на базе метода комбинированной импульсной модуляции с авторегулированием нулевого баланса

Специальность- 05 12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Томск - 2005

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники, Читинском государственном университете, Читинской лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения СО РАН.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Малютин Николай Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Беляев Борис Афанасьевич Бадулин Николай Николаевич Ильюшенко Владимир Николаевич

Ведущая организация: Сибирский физико-технический институт Томского государственного университета.

Зашита состоится и цьок^_ 2005 г. на заседании диссертационного совета Д212.268.01 Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (634034, г. Томск, ул. Вершинина, 74).

Автореферат разослан 2 л л рел^_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, а

к.т.н., доцент Кузьмин A.A.

¿л «ЯК*

Актуальность проблемы. В настоящее время методы дистанционного зондирования находят применение при исследованиях различных объектов и явлений в геологии, климатологии, гидрологии, сельском хозяйстве, метеорологии, океанологии и других отраслях науки и техники. Глобальные климатические и экологические изменения концентрируют усилия исследователей вокруг таких крупномасштабных проектов, как "Миссия к планете Земля", главным элементом которого является программа "Системы наблюдения Земли". Дистанционное зондирование Земли характеризуется двумя основными тенденциями: исследование глобальных явлений, в которых участвуют все природные среды и изучение проблем взаимодействия природных сред, определяющих эволюцию экологического состояния планеты в результате антропогенного воздействия.

К ряду приоритетных задач дистанционного зондирования относятся: развитие новых технологий, включая модернизацию существующих и разработку новых измерительных систем для дистанционного зондирования, ком-плексирование измерительной аппаратуры различных типов, работающей в различных спектральных диапазонах.

Новые требования к технике дистанционного зондирования приводят к необходимости создания новых принципов построения специализированных комплексов аппаратуры. Этот раздел науки и техники охватывает как прикладные, так и фундаментальные проблемы исследований по проектированию приборов с качественно новыми характеристиками.

Важное место в дистанционных исследованиях занимает микроволновая радиометрия, как один из методов изучения различных физических явлений, происходящих внутри объектов, в природных образованиях путем проведения измерений электромагнитных колебаний в микроволновом диапазоне, создаваемых собственным тепловым излучением этих объектов.

Слабые электромагнитные сигналы тепловой природа налагают определенные условия на рабочие параметры радиометров. Прежде всего это относится к стабильности коэффициента усиления измерительного тракта и постоянству его шумов. Изменения этих параметров радиометра приводят к тому, что слабые сигналы могут быть замаскированы и не обнаружены. Особенно остро этот вопрос стоит для радиометров, используемых для изучения природных сред в натурных условиях.

Ослабление влияния дестабилизирующих факторов обычно добиваются двумя путями. Первый путь связан с глубоким термосгатированием всех важнейших узлов радиометрической системы (это относится к стационарным системам, которые, например, используются в радиоастрономии), второй - с созданием новых методов и принципов работы радиометров, вследствие применения которых они становятся намного менее чувствительными к изменениям коэффициента усиления тракта и его собственных шумов.

Современные исследования природных сред, проводимые как в зимнее и летнее время, так и в межсезонье, требуют длительных (режимных) наблюдений за динамикой их поведения, например, в процессе промерзания и оттаивания почв, в ходе роста толщины льда и т.п. Для проведения непрерывного радиомониторирования необходимы ¿ШВДМйЙ»й&9|®ЙА9Цстемы>

БИБЛИОТЕКА С» О»

которые могут стабильно работать при изменении температуры окружающей среды в широких пределах и в то же время должны быть переносными, компактными системами с незначительным энергопотреблением и с возможностью установки на различные носители: автомобили, летательные аппараты.

На практике широко распространены модуляционные радиометры благодаря простому схемному и конструктивному исполнению при приемлемой точности. Но при изучении тонких эффектов, которые требуют длительных наблюдений (недели, месяцы) за поведением природных сред в меняющихся климатических условиях, данные радиометры дают заметную погрешность, так как минимизации влияния изменений коэффициентов усиления усилителей и собственных шумов приемника в модуляционной схеме не происходит. Заметно минимизировать эти изменения можно в том случае, если применить в модуляционном радиометре нулевой метод измерений.

Ведущий замысел, трактовка нулевого метода применительно к радиометрам принадлежат Ryle М. и Троицкому B.C. Впоследствии концепция нулевого метода измерений и ее применение в микроволновых радиометрах была развита в трудах Аблязова В.С., Башаринова А.Е., Бордонского Г.С., Бородзич Э.В., Вайсблата A.B., Волохова С.А., Есепкиной H.A., Карлова Н.В., Кислякова А.Г., Королькова Д.В., Носова В И., ГТарийского Ю.Н., Полякова В.М.. Рахлина В.Л., Сороченко P.JI., СтруковаИ.А., ЭткинаВ.С., Крауса Д.Д., Hardy W.N. и др.

С созданием нулевых радиометров связан ряд успешных исследований: доказательство справедливости формулы Найквиста для спектральной плотности флуктуационных шумов сопротивлений различных материалов; в радиоастрономии - открытие рекомбинационных радиолиний, излучаемых высоковозбужденными атомами; измерение глубинной температуры биологических объектов и т. д.

Для приведения измерительной системы в режим нулевого баланса на входе радиометров применяются прецизионные регулируемые СВЧ- узлы с высокой линейностью характеристики во всем динамическом диапазоне регулировки и с повышенным быстродействием. Погрешности, возникающие от применения данных элементов во входных блоках, не позволяют полностью реализовать достоинства нулевого метода измерений. Применение в радиометре режима регулировки не амплитуды опорного сигнала, а его длительности при неизменной выходной мощности опорного генератора шума, приводит к усложнению алгоритма обработки сигналов. Поэтому для проведения выше отмеченных исследований возникла необходимость в создании новых радиометрических систем.

На основе изложенного можно сделать вывод об актуальности научно-технической проблемы, заключающейся в разработке и исследовании нового метода нулевого приема на основе комбинированной импульсной модуляции, в создании высокоточных портативных микроволновых радиометров для дистанционных исследований природных сред в натурных условиях, имеющей важное народнохозяйственное значение для перечисленных выше отраслей науки и техники.

Целью работы является решение важной научно-технической проблемы, которая касается создания портативных микроволновых радиометров для дистанционных исследований природных сред в натурных условиях и заключается в развитии теории и практики нулевого метода измерений, в разработке с применением результатов теоретических исследований новой модификации данного метода на базе комбинированной импульсной модуляции, в создании на ее основе опытных малогабаритных переносных нулевых микроволновых радиометров с улучшенными метрологическими характеристиками, такими как точность, стабильность, чувствительность.

Задачи исследований. В ходе создания комплекса портативных модифицированных нулевых радиометров для дистанционных исследований природной среды в натурных условиях ставились и решались следующие задачи:

1. Научное обоснование технических решений, направленных на построение портативных цифровых радиометров на базе метода комбинированной импульсной модуляции с авторегулированием нулевого баланса.

1.1. Создание алгоритма обработки сигналов в портативных модифицированных нулевых СВЧ- радиометрах, который позволяет при упрощении конструкции радиометров повысить точность измерений шумовой температуры антенны.

1.2. Нахождение передаточной характеристики модифицированных нулевых радиометров, с помощью которой устанавливается связь между шумовой температурой антенны и длительностью широтно- импульсного сигнала, управляющего модуляцией дополнительного опорного сигнала.

2. Разработка обобщенной структурной схемы радиометров, являющейся основой для создания нового класса радиометров с комбинированной импульсной модуляцией и авторегулированием нулевого баланса.

3. Анализ флуктуационной чувствительности радиометров, как одной из основных характеристик, по которой можно оценить чувствительность системы на стадии ее проектирования.

4. Создание на базе обобщенной структурной схемы радиометров базовых структурных моделей входных приемных устройств.

5. Теоретическое и экспериментальное исследование погрешностей портативных цифровых нулевых радиометров.

6. Разработка способов изменения динамического диапазона измерения, основанных на изменении модуляции измеряемого и опорных сигналов.

Диссертация выполнена в соответствии с программами фундаментальных исследований СО РАН: "Теория, методы и аппаратура для дистанционного изучения криогенных объектов с использованием электромагнитного излучения" (задание 3.1.8 в программе 12; 1991-1995); "Пространственно- временные закономерности распространения, развития мерзлых горных пород, льдов, криогенных процессов и явлений (тема 5.2.6, 1996-2000); общеакадемической программой фундаментальных исследований "Новые приборы и средства автоматизации научных исследований высшей категории сложности", раздел 4 "Прецизионные приборы для геофизических и экологических исследований" (приоритет 7, 1990-1991); при поддержке РФФИ,

грант 00-05-64641; фонда Сороса; федерального агентства по образованию, фант по ведомственной научной программе "Развитие научного потенциала высшей школы" (2005). Перечисленные работы относятся по перечню приоритетных направлений науки, технологий и техники РФ в части применения к разделу "Экология и рациональное природопользование", в части научно-технических решений - к разделу "Информационно- телекоммуникационные технологии и электроника".

Методы исследований. В работе использованы методы исследований, основанные на дифференциальном и интегральном исчислении, методах алгебры, теории вероятностей и математической статистики, теории линейных цепей, теории ошибок, метод эквивалентных схем, а также методы экспериментальных исследований характеристик СВЧ- радиометров

Научная новизна работы заключается в разработке новой модификации метода нулевого приема на базе комбинированной импульсной модуляции, теоретическом обосновании и создании на ее основе портативных микроволновых нулевых радиометров с более высокими техническими характеристиками. Результаты, полученные впервые:

1. Развита концепция нулевого метода измерений и ее применение в микроволновых радиометрах, ведущий замысел которой был сформулирован Ryle М., Троицким B.C. Впервые предложен и научно обоснован модифицированный метод нулевого приема на базе комбинированной импульсной модуляции с оригинальным принципом обработки сигналов, позволяющий повысить точность измерений микроволновых радиометров и выполнить радиометр многодиапазонным, упростить конструкцию и повысить надежность, уменьшить габариты, массу и снизить энергопотребление.

2. Получен алгоритм функционирования следящей системы авторегулирования нулевого баланса путем изменения длительности широтно-импульсного сигнала. Согласно этому алгоритму на выходе радиометра в первом полупериоде прямоугольной симметричной модуляции производится выравнивание вольт-секундных площадей импульсов периодической последовательности модулированных сигналов после исключения в них постоянной составляющей. Это эквивалентно процедуре выравнивания энергий сигналов на входе приемника радиометра в разные полупериоды модуляции. Индикатором равенства вольт-секундных площадей импульсов является нулевое напряжение во втором полупериоде модуляции.

3. Установлена линейная связь эффективной шумовой температуры антенны с длительностью модулированного по широтно-импульсному закону опорного генератора шума. Полученная математическая модель описывает работу различных модификаций нулевых радиометров с комбинированной импульсной модуляцией.

4. Согласно предложенной модификации метода нулевого приема разработана в общем виде структурная схема радиометра, которая является базовой схемой для создания различных нулевых радиометров с функциональными и эксплуатационными параметрами, необходимыми для портативных приборов.

5. Получены математические соотношения для определения флуктуа-ционной чувствительности различных типов нулевых радиометров, использующих комбинированную импульсную модуляцию, позволяющие решить прямую и обратную задачи по оценке чувствительности радиометра на стадии его проектирования или определить технические характеристики радиометрического приемника по заданному минимальному порогу обнаружения сигнала. Для достижения необходимого радиометрического выигрыша, с одной стороны, и обеспечения оптимальной динамики функционирования следящей системы авторегулирования нулевого баланса и накопления информации, с Другой стороны, введены два этапа низкочастотной фильтрации сигналов.

6. Предложены классификация и способы синтеза схем приемных блоков, позволяющие создавать многодиапазонные нулевые радиометры на модифицированном нулевом методе измерений. Разработаны и внедрены в практику три базовые структурные модели входных приемных устройств нулевых модифицированных радиометров, отличающиеся динамическим диапазоном измерений, обладающие повышенной температурной и временной стабильностью при простой конструкции.

7. В результате проведенного анализа выявлены основные источники погрешностей различных модификаций нулевых радиометров и получены математические соотношения для инженерного расчета этих погрешностей, что позволяет в дальнейшем либо их учитывать, либо производить компенсацию.

8. Предложены и разработаны технические реализации изменения динамического диапазона измерения в модифицированных нулевых радиометрах, которые заключаются в изменении вида модулирующей функции и комбинаций участвующих в модуляции сигналов. Это приводит к изменению только схемы цифрового блока управления, что экономически целесообразнее регулировки опорных источников шума во входном блоке радиометра.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенная в диссертации модификация метода нулевого приема позволяет на основе новых схемотехнических решений создавать портативные микроволновые модифицированные нулевые радиометры для дистанционных исследований природных сред в натурных условиях.

Предложены и реализованы ряд новых конструкций цифровых нулевых радиометров с комбинированной импульсной модуляцией, имеющие патентную защиту в России:

- радиометр с произвольным диапазоном измерения, в котором опорные сигналы формируются одним источником шумовой мощности. Использование одного источника значительно снижает систематическую погрешность системы, повышает стабильность. Радиометр оперативно перестраивается на любой диапазон измерений;

- радиометр для измерения сигналов с низкой эффективной температурой, в котором опорные сигналы формируются с использованием стабильных шумовых генераторов - согласованных тепловых нагрузок и полосовых

фильтров. В конструкции "согласованная нагрузка - полосовой фильтр", используя селективные свойства фильтров, удается получить опорный источник шума с низкой эффективной температурой. Значительным преимуществом является то, что в математическую модель функционирования радиометра в качестве опорной величины входит только шумовая температура согласованной нагрузки, равная ее кинетической температуре. Измеряя эту температуру прецизионными контактными методами можно осуществить точные абсолютные измерения. Дополнительно снижаются требования к точности термостатирования согласованной нагрузки;

- радиометр с установкой нулевого баланса по низкой частоте. Для этого в низкочастотном тракте обработки сигнала выполняется дополнительная модуляция опорного сигнала по широтно-импульсному закону. Преимущества данного способа установки нулевого баланса заключаются в том, что позволяют реализовать нулевой метод в выполненной конструкции классического модуляционного радиометра. Для этих целей подходит любой высокочастотный входной блок и приемник модуляционного радиометра, в котором изменению подвергается низкочастотная часть. Специальным алгоритмом калибровочной процедуры радиометр настраивается на любой диапазон измерений;

- двухканальный модифицированный нулевой радиометр. Использование двух, поочередно работающих, приемников позволяет измерять сигнал антенны без пропусков. Это приводит к уменьшению порога обнаружения сигнала и повышению динамических свойств системы.

Полученные результаты несомненно будут стимулировать дальнейшее развитие принципов построения радиометрических систем, создание перспективных переносных измерительных радиометров нового поколения.

Новизна предложенных технических решений подтверждается патентами РФ и авторскими свидетельствами на изобретения. Практическая значимость работы также подтверждается актами внедрения.

Реализация результатов работы. Комплекс цифровых нулевых СВЧ-радиометров для дистанционных измерений вошел в перечень важнейших научно- исследовательских работ институтов СО РАН.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при дистанционных измерениях излучательных характеристик пресного ледового покрова, мерзлых грунтов, почв. Полученные результаты свидетельствуют о том, что такие измерения полезны для геологии при выявлении подповерхностных структур, в лимнологии при определении степени эв-трофности , биологической активности водоемов. Изучалась динамика сезонного промерзания и оттаивания криогенных систем различного масштаба, что является важным для предупреждения развития криогенных геологических процессов.

Внедрения в практику работ модифицированных нулевых радиометров подтверждены актами, представленными в приложении'

Главного управления природных ресурсов Министерства природных ресурсов России по Читинской области, использование при изучении вариа-

ций содержания экологически важных малых газовых и аэрозольных составляющих атмосферы;

Томского государственного университета, дистанционные исследования излучательных радиотепловых характеристик растительных покровов с целью их идентификации;

Восточного филиала Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов (ВостокНИИВХ), г. Чита, дистанционное определение параметров ледяных покровов рек в зоне антропогенного воздействия;

Томского государственного университета и Читинского государственного университета, применение в учебном процессе методов и разработок диссертационной работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Всесоюзной конференции по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды (Рига, 1986), 21-й Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура" (Ереван, 1989), Всесоюзной конференции "Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов" (Рига, 1989), Международном Форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2000), 8th Internationa! Symposium on Remote Sensing (Toulouse, France,

2001), 1st European Permafrost Conference (Italy, Rome, 2001). 2-й конференции геокриологов России (Москва, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления" (Томск, 2002), The International Symposium on Optical Science and Technology. SPIE's 47th Annual Meeting (Seattle, Washington, USA,

2002), 2-й Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики (Томск, 2003), Международной конференции "Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В.А.Котельникова" (Москва, 2003), Всероссийской научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, 2003), 10-й Международной научно-практической конференции "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC*2004) (Воронеж, 2004).

Основные положения, выносимые автором на защиту:

1. Авторегулирование длительности широтно- импульсного сигнала управления дополнительным опорным источником шума в первом полупериоде симметричной импульсной модуляции в созданных радиометрах обеспечивает повышение точности измерений эффективной шумовой температуры антенны при условии исключения после квадратичного детектора в модулированной последовательности постоянной составляющей и применения индикатора нулевого баланса, привязанного по времени ко второму полупериоду симметричной импульсной модуляции.

2. При достижении в радиометре нулевого баланса по критерию равенства нулю напряжения во втором полупериоде симметричной импульсной модуляции существует линейная зависимость между шумовой температурой антенны и длительностью широтно-импульсного сигнала дополнительного

опорного источника шума в первом полупериоде симметричной импульсной модуляции, инвариантная к коэффициенту усиления измерительного тракта и его собственным шумам.

4. Обобщенная структурная схема радиометра, в основу работы которой положен алгоритм функционирования на базе метода комбинированной импульсной модуляции с авторегулированием нулевого баланса, позволяет проектировать радиометры, обладающие функциональными и эксплуатационными параметрами, необходимыми для портативных приборов, и является базовой схемой для построения нового класса микроволновых радиометрических систем.

5. Результаты теоретического анализа флуктуационной чувствительности радиометров с авторегулированием нулевого баланса на основе комбинированной импульсной модуляции в виде новых математических выражений позволяют решить прямую и обратную задачи по оценке величины минимального порога обнаружения шумового сигнала антенны на стадии структурного синтеза схемы радиометра или выполнить анализ параметров радиометров для заданной чувствительности.

6. Структурная оптимизация приемных входных блоков радиометров привела к выделению трех базовых схем, которые без применения прецизионных регулируемых СВЧ- узлов позволяют создавать многодиапазонные нулевые радиометры на основе метода комбинированной импульсной модуляции с повышенной точностью и стабильностью и с одновременным упрощением конструкции радиометров.

7. Реализация предложенных способов изменения динамического диапазона измерения в модифицированных нулевых радиометрах заключается в варьировании вида модулирующей функции и комбинаций участвующих в модуляции сигналов, что достигается изменением схемы цифрового блока управления, и в совокупности упрощает задачу практического создания радиометров, так как экономически целесообразнее регулировок опорных источников шума на входе радиометра.

Публикации. Всего по результатам выполненных исследований опубликовано 50 научных работ, в том числе: монография, 13 статей в рецензируемых отечественных журналах, включая издания РАН. Приоритет основных технических решений защищен 15 авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 381 страницах машинописного текста, иллюстрируется 81 рисунком, содержит 12 таблиц. Список использованной литературы включает 248 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель диссертационной работы, показаны ее научная новизна и практическая значимость, перечислены положения, представляемые к защите.

В первой главе излагается литературный обзор по проблемам разработки нулевых микроволновых радиометров. Приведена классификация из-

вестных схем нулевых радиометров по способу ввода опорного шумового сигнала в измерительный тракт. В первой группе радиометров режим нулевого баланса устанавливается в низкочастотном тракте (после квадратичного детектора). Радиометры, в которых установка нулевого баланса происходит до квадратичного детектора, по высокой частоте, отнесены ко второй группе. В третьей группе радиометров нулевой прием достигается во входном приемном блоке, где выравнивание энергий сигналов в разные полупериоды модуляции происходит перед модулятором.

Согласно предложенной классификации в последующих разделах приведены структурные схемы нулевых радиометров и выполнено описание их работы. Рассмотрены нулевые радиометры с автоматической установкой нулевого баланса в высокочастотном и низкочастотном трактах радиометров, радиометры с формированием сигнала компенсации из собственных шумов приемника (используется принцип спектрального разделения), квазинулевые радиометры (предварительная ручная настройка на нулевой прием), радиометры с делением сигналов (не разность, а отношение оценок мощности антенного и опорного сигналов). Рассмотрено применение нулевого метода в радиометрах, специфика работы которых заключается в близком расположении антенны с исследуемым объектом.

Поставлены задачи исследований по созданию портативных радиометрических систем, оптимизированных на эксплуатацию в сложных климатических условиях для дистанционного анализа различных природных сред, в которых минимизировано влияние двух основных дестабилизирующих факторов: изменения коэффициента усиления измерительного тракта и его собственных шумов. Разрабатываемые радиометры должны обладать высокой достоверностью измерений и отвечать требованиям временной и температурной стабильности, простой структурной и схемной реализацией конструкции без использования прецизионных регулируемых СВЧ- элементов, малыми габаритами и весом, низкой потребляемой мощностью.

Во второй главе рассмотрена предложенная модификация метода нулевого приема, использующая комбинированную импульсную модуляцию, получена передаточная характеристика радиометрической системы и описана обобщенная структурная схема модифицированного нулевого радиометра, проведен анализ флуктуационной чувствительности и найдена формула для ее расчета в общем виде.

На рис. 1 показана временная диаграмма, поясняющая принцип комбинированной импульсной модуляции. Из двух сигналов с эффективными шумовыми температурами Т2 и Т3 один является опорным, другой - измеряемым сигналом антенны, и они подвергаются симметричной импульсной модуляции с длительностью полупериода /ум, как в обычном модуляционном радиометре. Для осуществления нулевого метода измерений в антенный или опорный каналы радиометра (зависит от диапазона измерений) поступает дополнительный опорный сигнал переменной длительности ?,„„„ что поднимает эффективную температуру Т2 до уровня Т,.

Полный период модуляции ■4-»

Первый полупериод Второй полупериод

Рис 1 Временная диаграмма сигналов на выходе нулевого радиометра, использующего дополнительную широтно-импульсную модуляцию

Принцип установления в радиометре нулевого баланса заключается в регулировке длительности tUWL . Условием установленного баланса является равенство энергий сигналов, поступающих на вход приемника в разные полупериоды симметричной модуляции. На рис 1 эти энергии пропорциональны соответствующим заштрихованным областям Qi(t) и Q2{t), равенство которых непрерывно поддерживается автоматической регулирующей системой в процессе работы радиометра. С учетом нестабильности аппаратуры и флуктуационной природы сигналов неодинаковость Qi(t) и Q2(t) на интервале периода модуляции никогда не будет скомпенсирована. Qi(t) и Q2(0 будут отличаться на величину ДQ(t), включающую постоянную составляющую ДQ0 и флуктуирующую часть Aq(t). Тогда, для процесса регулирования нулевого баланса можно записать:

со .ucd (O+Wi

AQ(t) = Ql(t)-Q2(t)=AQ0+Aq(t)=Z J М -в)+n^t -в)]х

'=° 2^(0

да IfjmlUy+tjuod «) 2*моа('+')

xH^e+Y f [T2G{t-o)+n2{t-e)]H2(e}w-£ I fax

xG(t-eyni(t-e$H:3{6)de, (l)

где G{t) - коэффициент передачи приемника, включающий усиление по высокой и низкой частотам, коэффициент преобразования квадратичного детектора (G{t) состоит из постоянной составляющей G„ и флуктуирующей части g(t),G(t) = Go + g(t));

п1,2,з{{) ~ шумовые компоненты соответствующих сигналов Т,, Т2, Т3, учитывающие шумовую их природу;

Hi.iA®) ~ импульсные характеристики накопительных фильтров с постоянными времени т/ 2,з для каждого из соответствующих сигналов; /' - номер периода модуляции.

На длительном промежутке времени, учитывая равновероятные отклонения шумовых составляющих сигналов, представляющих нормальные стационарные эргодические процессы, можно считать nl23(t)-0. Так же и для коэффициента передачи G(t), его флуктуирующую компоненту с учетом статистической неизменности g(t) во времени, нормальной на протяженном участке времени, можно считать равной нулю, g{t) = 0.

Тогда для постоянных составляющих, с учетом среднего значения

(шис , выражение (1) можно записать:

еХр

00

Л£о=1 J Т\ Go + Z Jr^o*

ехр

г2

' в

„ 2/„«,((+1) еХР|

I ?'3Со 4 М- (2)

Г2 1=0 ГЗ

Так как длительности импульсов !шис и 1мт> много меньше постоянных времени низкочастотных фильтров з, решая (2), получим:

Д0о _ *шис (¡мод ~ ¡шис ) ~ ¡мод 2*мод

В результате работы автоматической системы слежения за нулевым балансом происходит непрерывное выравнивание энергий сигналов на входе радиометрического приемника. Вследствие этого, для большого интервала времени можно считать Д£?0 = 0.

Тогда формула (3) для вычисления длительности широтао-импульсного сигнала, при которой выполняется условие нулевого баланса, принимает вид:

¡шис = ~^ х ¡мод ■

Из (4) следует важное свойство: сигнал антенны можно определить через длительность импульсного "подшумливания", выравнивающего энергии шумовых сигналов на входе приемника в симметричные полупериоды модуляции. В формулу не входит коэффициент передачи измерительного тракта,

что указывает на основное свойство систем, построенных по нулевому метоДУ-

Идея технической реализации модифицированного метода нулевых измерений, когда по длительности широтно-импульсного опорного сигнала можно определить шумовую температуру антенны, заключается в эквивалентном сравнении на выходе радиометра вольт-секундных площадей положительного и отрицательного импульсов на рис. 2, что эквивалентно сравнению (¿¡(() и на рис. 1.

Рис 2 Временная диаграмма сигналов на выходе нулевого радиометра, поясняющая принцип модификации нулевых измерений. (А.с. 1704107)

Действительно, если для модуляционной периодической последовательности сигналов выполнить условие, согласно которому напряжение во втором полупериоде модуляции равно нулю и нулевая временная ось !' проходит через сигнал с уровнем Т3, тогда площади импульсов и в первом полупериоде модуляции будут равны, а их амплитуды пропорциональны разностям сигналов на входе приемника Т, - Т3, Т3 - Т2:

и+(шис ~ и-({мод ~'шис) или

С0Ы/(7} - Г3)<~ = С0ЫДТ3 - Т2)0мод -¡~), (5)

где к - постоянная Больцмана, с1/~ полоса частот приемника, в которой измеряются сигналы.

Из (5), как показано в диссертации, можно получить выражение, аналогичное (4). Это дает возможность анализировать и устанавливать равенство

энергий сигналов на входе приемника радиометра в разные полупериоды модуляции соответствующим анализом и установкой равенства вольт-секундных площадей положительного и отрицательного импульсов модуляционной последовательности сигналов на выходе измерительного тракта радиометра в первом полупериоде модуляции. Таким образом, можно поддерживать нулевой баланс в измерительном тракте без преобразования формы периодической модулированной последовательности сигналов.

Для осуществления модифицированного метода нулевых измерений в радиометре необходимо выполнить две операции после квадратичного детектора и усиления сигналов по низкой частоте: исключить постоянную составляющую и протестировать второй полупериод модуляции на условие равенства нулю напряжения (см. рис. 2). Это приводит к значительному упрощению схемы радиометра. В результате получен простой алгоритм установления нулевого баланса - анализ нулевого напряжения во втором полупериоде модуляции.

Согласно предложенному алгоритму изменение сигнала антенны вызовет смещение периодической последовательности сигналов на рис. 2 относительно нулевой оси времени V и приведет к появлению положительного (отрицательного) напряжения во втором полупериоде модуляции Произойдет разбалансировка измерительного тракта. Чтобы восстановить в радиометре нулевой баланс система управления уменьшает (увеличивает) длительность широтно-импульсного сигнала в первом полупериоде и в результате, после исключения постоянной составляющей, периодическая последовательность сигналов смещается вниз (вверх). Изменение длительности завершается, когда устанавливается нулевой потенциал в промежуток времени второго полупериода модуляции, и тогда выполняется соотношение (4).

К несомненному достоинству предложенной модификации метода нулевого приема относится представление сигнала антенны через длительность широтного импульса, которую легко преобразовывать в двоичный код и тем самым получать выходной сигнал радиометра в цифровом виде без применения стандартных аналого- цифровых преобразователей.

По предложенному методу обработки создана обобщенная структурная схема нулевого радиометра с комбинированной импульсной модуляцией, показанная на рис. 3. Она состоит из четырех основных узлов: входного блока, радиометрического приемника, блока обработки сигналов по низкой частоте, цифрового блока управления. Во входном приемном блоке выполняется модуляция трех сигналов, два из которых опорные, а третий - измеряемый сигнал антенны. Один из опорных сигналов подвергается широтно-импульсной модуляции и всегда добавляется либо к сигналу антенны, либо к сигналу другого опорного генератора шума. Два последних сигнала модулируются во входном приемном блоке по прямоугольному симметричному закону. Входной блок в основном определяет характеристики радиометра: диапазон измерений, флуктуационную чувствительность, стабильность.

В общем случае радиометрический приемник может быть выполнен по любой схеме, что будет определяться длинами принимаемых волн и задачами исследований. Для примера, на рис. 3 приведена структурная схема ра-

диометрического приемника прямого усиления, которая содержит на входе фильтр НФ с полосой пропускания с1/, малошумящие высокочастотные и низкочастотные усилители УВЧ и УНЧ. В приемнике промодулированные во входном блоке сигналы детектируются по квадратичному закону детектором КД. На выходе приемника установлены низкочастотные фильтры СФ, работающие синхронно с блоком управления.

Рис 3. Структурная схема радиометра с комбинированной импульсной модуляцией и авторегулированием нулевого баланса

Низкочастотная обработка сигнала заключается в определении компаратором К нулевого уровня напряжения в заданном втором полупериоде модуляции На входе компаратора действует только переменная составляющая сигналов, так как постоянная исключается схемой исключения постоянной составляющей СИПС.

Блок управления обеспечивает постоянное слежение за выходным сигналом компаратора во втором полупериоде модуляции и в первом полупериоде выдает во входной блок импульсный сигнал длительностью tmM В каждом периоде модуляции в блоке управления формируется цифровой код сигнала антенны, передается на динамический интегратор для основного накопления, и после усреднения конечный результат поступает на выходную цифровую шину.

Анализ флуктуационной чувствительности рассмотренного модифицированного нулевого радиометра заключается в вычислении дисперсии Aq{t) (см. выражение (1)), характеризующей хаотические отклонения энергий сигналов в первом и втором полупериодах модуляции на входе. При вычислении используется метод корреляционных функций и выполняется замена G(t) на g(t). Учитывая статистическую независимость флуктуаций коэффи-

циента передачи измерительного тракта git) и шумовых компонент nU3(t) сигналов Г/ 2,з, полная дисперсия может быть представлена суммой двух дисперсий, первая из которых учитывает флуктуации коэффициента усиления, вторая вызвана шумовой природой сигналов:

Aq2=bq2g+Aq2n

(6)

Время корреляции шумовой функции «(?) определяется полосой приема сигналов 4у радиометрическим приемником. Это время существенно меньше периода модуляции 2(мо0, вследствие чего шумовые компоненты «/(/), п2(>), пз(1) сигналов Г/, Т2, Т3 некоррелированы между собой. Поэтому, ввиду независимости их дисперсий, каждый шумовой компонент сигналов 7*;, Т2, Т3 можно рассматривать отдельно:

- оо со 2/1клз(/)+/ш|д: _

= Е I I I ЩО-в)щ (/ - &)Я,(0)Н} (0'УМв'+

'=° 2/^(0 Ьмгн>и)

оо оо 2'мод(')+!мод 2!мод(Л+1мса1_

+ Е1 \ I п2(1-в)п2(1-0')Н2(0)Н2(в^Мв1+

00 00 +1 £

2(„

| } «з(* - в)п3{1 - &)нг{9)нг{0)с1№. (7)

,=0 у=0 2^0)+/

Автокорреляционную функцию шума и(/) в сравнении с импульсными характеристиками фильтров 11(9) и периодом модуляции 2гл(Я) можно считать дельта- функцией с интегральным значением Ю0 Т* и временем корреляции \lcif. В соответствии с этим будем иметь:

Aql= G°

2tMOddf

Т\1шис , ТгСмод

2 ^ и/uc) | Ц /мад

(8)

у

г, г2 Г3

После подстановки в формулу (8) полученного выражения (4) получим:

а 2 _ G0

^-Wf

т? тъ - т2 т?

—i-x—--- + ——

г, Г,-Г2 г2

Тз~Т2

\

р2

(9)

Т\~Т2)

Если низкочастотные фильтры имеют одинаковые характеристики, т.е. т,- т2=-- т3- г, тогда формула (9) принимает вид:

2_ °0_[Гз(Г1 + Т2+ТЪ)-ЦТ2] .

2dfr

(10)

Дисперсия, вызванная флуктуациями коэффициента усиления:

21

1=0j-0

MOdiO+ttuuc i

21мод(')

^ мод шис

J

21МОд(Л

4g(t - 0)g(t - v)H](e)H](e')dedff+

00 00 ^■1мод(')+11и0г> 2<мод(Л+1мод _

+ Ц / { Т2\?0 - 0)ги - 0')Н2{в)Н2{в')С1М(Г+

/=оу=о 2(„М0)+/Ш1,С 2^0)+'«,«

со 00

+ ££ I { т18{1-ем1-в>)нъ{в)нъ(в')<1(к10'+

'=°}=<) 21жд(,)+1яад 21модО)+1люд

+21 Е

(=0 ;=о

I

оо со -2Ц 1

1

-2Ц

,=0_/=0 2(„

{ - - в'Щ (в)Н2 (в')й(МО' -

0)+<

2^0+1) _

} Т2Тъ8{Х-в)е^-0')Н2{в)Нъ(9')йМв'. (11)

•'лов(О+'шис 2(лт>0)+1лю<>

Для вычисления дисперсии принимаем £(/) стационарной, с нормальным распределением, экспоненциальной автокорреляционной функцией:

g(t-в)g(t-e^)=<7Uxp

(12)

где <7Г - дисперсия флуктуаций коэффициента передачи измерительного тракта, т0 - эффективная постоянная времени корреляции флуктуаций коэффициента передачи тракта усиления. Как правило 7?,» г,, т2 т3. С учетом выражения (4) получаем:

7^2 О

г-

(Гз-^)2

(г,-г2)2

'1

ту

г,+г0 т2+г0

г2+г0

уТ\+Тг-27ъ | Ту-Т,

Тг {тг-т2\тх-тъ)

г3+г0

_ 2г,г2+Г|Г0+Г2Г0

-2Г,Г3

Г,-72

2т1г3+г1т0 + г3г0 от. ^ 71, -Г3 2г2г3+г2г0 +г3г0

л___. _ 2Т Т___л____- - _______

(Г1 + тзХг1 + г"оХ73 + 2 3 71 -т2 " (т2 +т3%г2 +г0Хг3 +г0) '

Если импульсные характеристики фильтров одинаковые, анализ выражения (13) показывает, что дисперсия, вызванная флуктуациями коэффициента усиления, стремиться к нулю. Это может означать следующее: для принятой статистики характера флуктуаций коэффициента передачи (корреляционная функция (12) только в среднем верно отражает поведение усилительных устройств), с учетом приближения для экспоненциальной функции (разложение в ряд Маклорена до двух членов) влияние флуктуаций коэффициента передачи приемника на полную дисперсию пренебрежимо мало. По-

(13)

лученный результат согласуется с выводами более ранних работ других авторов.

Для определения флуктуационной чувствительности радиометра используем традиционный способ, который в случае модифицированного метода нулевых измерений формулируется следующим образом: изменение длительности широтно-импульсного сигнала на один младший дискрет и связанное с этим изменение вольт-секундных площадей импульсных сигналов на выходе радиометра в первом полупериоде импульсной модуляции будет значимым, если оно равно среднеквадратическому (стандартному) отклонению от равенства этих вольт-секундных площадей сигналов, вызванному флуктуациями коэффициента усиления приемника и шумовой природой усиливаемых сигналов:

1 (14)

Л , а„2

В (14) А<21ш характеризует изменение вольт-секундных площадей импульсов при изменении длительности широтно-импульсного сигнала 1Ш„С на один младший дискрет А1\

^ш = Съ{тх-Т2)мПМ0д. (15)

Входящий в формулу (14) параметр Я определяет число накопленных цифровых кодов сигнала в динамическом интеграторе. Дело в том, что в радиометре, использующем данную модификацию метода нулевого приема, происходит два этапа усреднения сигнала. Сначала каждый из сигналов обрабатывается на выходе приемника своим низкочастотным фильтром с известной импульсной характеристикой. Далее, в системе автоматического управления длительностью широтно-импульсного сигнала, кроме регулировочного цикла, происходит накопление цифровых кодов этой длительности. После каждого периода модуляции цифровой код передается в сумматор и после заданного числа накоплений арифметически усредняется (нахождение цифрового кода измеряемого сигнала антенны). В результате дисперсия

снижается в (л/л)"' раз.

После подстановки в (14) соотношений (10), (13), (15), получим:

2аМт1-т2Уя = (^од/А1)2[тг(т1+т2+т3)-цт2]. (16)

При изменении сигнала антенны от минимального до максимального значения длительность широтно-импульсного сигнала изменяется в пределах от 0 до /■„„). Длительность полупериода модуляции включает N интервалов А/. Так как длительность изменяется дискретно, для минимального сигнала антенны ДТа, который может быть обнаружен, имеет место пропорция:

= (17)

N а N

где <Иа - диапазон измерения сигнала антенны. Величина АТа характеризует чувствительность. Изменение сигнала антенны на величину, меньшую ЛГа, не обнаруживается радиометром.

Формула для нахождения флуктуационной чувствительности радиометра, работающего согласно предложенной модификации метода нулевых измерений, с учетом (16), (17) и сделанных выводов, имеет вид:

В модифицированном радиометре произведение тЯ характеризует накопление результата и время измерения. Поэтому для заданного значения чувствительности при проектировании радиометра удобно пользоваться следующей формулой:

В третьей главе выполнено структурное моделирование базовых схем входных приемных блоков модифицированных радиометров, получены формулы для расчета чувствительности, приведены численные примеры определения флуктуационной чувствительности для наиболее типичных диапазонов измерения, рассмотрено применение полосовых фильтров для формирования опорных сигналов, приведена в общем виде методика проектирования входного блока в зависимости от требуемого диапазона измерения, стабильности характеристик, чувствительности.

В начале главы рассмотрены применяемые в микроволновых радиометрах генераторы шума (рис. 4), которые поделены на две группы: с низкой и высокой эффективными температурами шумов. В свою очередь, генераторы в двух группах подразделяются на активные и пассивные. Из пассивных генераторов самым эффективным и простым является согласованная нагрузка, шумовая температура которой равна ее термодинамической температуре. Нагреваемая или охлаждаемая до определенной температуры согласованная нагрузка в виде сосредоточенного резистора обладает свойствами абсолютно черного тела.

В других случаях, в качестве генераторов шума используются активные генераторы на полупроводниковых структурах. С помощью активных генераторов можно получить либо низкие значения генерируемого шума, близкие к нулю градусов Кельвина, либо высокие значения шумовой температуры, которые измеряются миллионами градусов Кельвина. Если необходимо получить шум высокой интенсивности, используют генераторы, в активной области которых устанавливают полупроводниковый диод - лавинно- пролетный или диод Ганна В "холодной" области генерируемых температур используют транзисторные малошумящие усилители сверхвысоких частот с низкой, приведенной к входу, эффективной шумовой температурой Эти усилители, как правило, через развязывающий вентиль входом подключают-

(18)

тЯ =

л.га2 хт3{т1+т2+т3)-т,т2

(19)

2 # ДГДГ,-^)2

ся к волноведущим структурам. В зависимости от необходимого диапазона измерения применяют соответствующий генератор опорного сигнала.

Активный генератор шума с низкой эффективной температурой шумов (транзисторный источник низкотемпературного шума —малошумящий СВЧ-усилитель)

Согласованная нагрузка при температуре жидкого азота

Согласованная нагрузка, охлаждаемая элементами ТЭМО (эффект Пельтье)

Активный генератор шума с высокой эффективной температурой шумов (полупроводниковые генераторы с использованием лавинно-пролегных диодов, диодов Ганна)

Согласованная нагрузка,

нагреваемая (эффект Джоуля -Ленца)

Рис 4. Используемые в радиометрах опорные генераторы шума

В соответствии с диаграммой модуляции сигналов на рис. 2 разработаны входные приемные устройства, от которых в основном зависят характеристики модифицированных нулевых радиометров по флуктуационной чувствительности, стабильности, диапазону измерений. Способы структурного моделирования входных устройств отличаются в зависимости от условия: подключение антенны к входу приемника происходит в первом или втором полупериодах модуляции. Если антенна коммутируется на вход приемника в первом полупериоде модуляции, к ее сигналу на время /шцс добавляется сигнал дополнительного генератора шума. Когда измеряемый сигнал антенны подводится к приемнику во втором полупериоде модуляции, тогда в первом полупериоде подключаются на вход приемника опорные сигналы. И в этом случае возможно формирование сигнала Т, двумя способами. Первый способ заключается в прибавлении к первому опорному сигналу с величиной Т2 дополнительного опорного сигнала, что поднимает уровень Т2 до уровня Т/. Второй способ подразумевает использование опорных сигналов Tt и Т2, которые коммутируются на вход приемника раздельно во времени и имеют различные шумовые мощности.

В любом случае, во входном блоке радиометра подвергаются модуляции только три сигнала, два из которых опорные Топ и Тдоп (либо Т0„ „ и Та„ „), вырабатываемые соответственно опорным и дополнительным опорным генераторами шума, а третий, Та, является измеряемым сигналом антенны.

Комбинации этих сигналов образуют сигналы Ть Т2, Т3 и сведены в табл. 1. Здесь Тш - эффективная температура собственных шумов приемника, приведенная к его входу.

Табл. 1

Полупериоды симметричной модуляции Первый полупериод модуляции Второй полупериод модуляции

Временные интервалы ^шис ^мод ^хиис ^мод

Сигналы Т, Т2 Т3 Примечания

1 Та+ТдоП+Тш Та+Тш Та<Топ

2 Т^доп^ ^ш т +т *оп 1 ш Та+Тш ТсР* топ

3 Т +Г 1 оп.в 1 1 ш т +т 1 ОП.Н 1 Ш та+тш Гоп.в^ Та> Топн

А О

догш

I

СВЧ-ключ

I Импульсы д

' управления ' /

I *ишс

I

Т 1 а —

но м

огш *■ ап

Т- ш

-¡>| Приемн

Входной блок I_

а.)

^ | управления 1иод

огш

но

м

Прием1шк

СВЧ- ключ

т

Импульсы управления

ДОГШ

I Импульсы управления

| ^пшс

Входной блок I -----------1

б.)

в.)

Рис 5 Структурные схемы входных приемных блоков нулевых модифицированных радиометров. (Патенты РФ 1838793, 2168733)

В соответствии с данными табл. 1 возможно построение трех схем входных приемных блоков модифицированных радиометров. Согласно по лученной передаточной функции модификации нулевого метода (4), для сигналов Г/, Т2, Т3, соответствующих поз. 1 -3 табл. I, структурные схемы входных блоков показаны на рис. 5. В составе двух схем (рис. 5а, б) имеются два источника, вырабатывающие опорные сигналы: опорный генератор шума ОГШ, сигнал на выходе которого равен Топ, и дополнительный опорный генератор шума ДОГШ, образующий вместе с СВЧ- ключом канал опорного "подшумливания". Дополнительный опорный сигнал Tùon вводится в антенный или опорный тракты через направленный ответвитель НО. Модулятор M попеременно коммутирует на вход приемника либо сигнал Та антенны А, либо сигнал опорного генератора шума Топ.

В схеме на рис. 5в направленный ответвитель и СВЧ- ключ заменены на модулятор М2, имеющий одинаковые характеристики с модулятором М1. В модуляторе М2 выполняется широтная модуляция опорных сигналов с низкой Тип„ и высокой Т^ эффективными температурами, которые вырабатываются генераторами шума ОГШ1 и ОГШ2, соответственно.

Подставляя в (4) сигналы из табл. 1, получим для каждого из рассмотренных входных блоков соответствующие передаточные характеристики модифицированных радиометров:

. _ Топ ~ Тg 1 _ Та2 ~ Тon .

1шис\ ~ т 'мод' 1шис2 гр 1мод'

' don доп

Тal ~ Тon,»

' шисЪ = т _т-х 'мод ■ (zu>

1 on,в 1 on,И

Из данных формул следует, что сигнал антенны можно определить через длительность широтно-импульсного сигнала. Длительность

¡ишс связана с

сигналом антенны Та по линейному закону и не зависит от коэффициента передачи измерительного тракта радиометра.

Для определения диапазона измерения из полученных выражений (20) находится сигнал антенны:

Т —гг _^доп^шис\ ji __ -г- rp tшис2

'al 1 on ' 1 al ~1 on +1 don >

'мод 'мод

Taî = Топ,н + (Ton,в ~ Ton,h ) x -f---. (21)

'мод

Тогда, минимальная и максимальная границы диапазона измеряемых сигналов определяются подстановкой в (21) двух крайних значений длительности tumc, равных tuoà и 0. Для радиометра с входным блоком по схеме с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в тракт антенны (рис 5а) Та шш = Топ - Тдоп, Тамакс = Топ. Для радиометра с входным блоком по схеме с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в опорный тракт (рис. 56) 7"о ц„„ = Т„„, Т„ макс = Т„„ + Т,у0„. Для радиометра с входным блоком на двух модуляторах (рис. 5в) = Тап„, Т^акс = Топ„. Размах динамического диапазона для пер-

вых двух схем входных блоков равен Tàom для третьего блока Т„пв - Т„„и. Полученные три структурны входных блоков являются базовыми схемами для создания различных модификаций нулевых радиометров.

Формулы для расчета чувствительности модифицированных нулевых радиометров в составе с рассмотренными входными блоками определяются с использованием (18) и данными табл. 1:

А ~ VТоп(Тог, + Тдоп + 47ш)+2Тш~Та] (Та\ + Тдоп ~ 2Топ)

ДГа) = , (22)

А7, iJTa2(2Ton +Тдоп+Та2 Тдоп)

АТа2 =--, (23)

^ ai^fon.e Тon,н + '^аЪ — Топ вТоп н

ДГа3 =----, (24)

Из функциональных зависимостей (22) - (24) следует непосредственная связь флуктуационной чувствительности с величиной измеряемого сигнала антенны. Это имеет место для современных малошумящих транзисторных приемников, где собственные , приведенные к входу, шумы соизмеримы с шумами антенны. На графиках рис. 6-8 приведены рассчитанные по формулам (22) - (24) теоретические зависимости пороговой чувствительности модифицированных радиометров с базовыми блоками на входе для наиболее типичных в радиометрии диапазонов измерения при дистанционном зондировании природных сред и для приемников с различными шумовыми температурами. При расчетах АТа значения величин df,T,R выбирались соответственно равными 100 МГц, 30 мс, 1000 (длительность измерения 1 с при частоте модуляции 1 кГц).

На рис. 6 построенные по формуле (22) зависимости показывают, что для радиометра с входным блоком, изготовленным по схеме на рис. 5а, чувствительность остается почти неизменной с изменением сигнала антенны в пределах диапазона измерения и пропорционально снижается с расширением диапазона в сторону измерения сигналов с более высокой эффективной температурой шумов (с увеличением 7'„„ ). Величина сигнала опорного источника шума во входном блоке определяет верхнюю границу диапазона измерения, TajtíaKC = Топ (например, для диапазона 6 на рис. 6 Топ = 350К, для диапазона 11 Топ = 900К). От сигнала дополнительного опорного генератора шума зависит нижняя граница диапазона измерения, Тамш = 7"ол - Там (например, для диапазона 6 7Л,„ = 200К, для диапазона 11 = 550К). Данная структура входного блока позволяет организовать в радиометре наибольшее количество диапазонов измерения и в этой схеме, в отличие от других, есть возможность измерять сигналы от нуля Кельвина. Локальный максимум выражения (22) достигается при значении сигнала Та = Топ - TdíJ2 (середина диапазона), которому соответствует минимальная чувствительность:

д -г _ Л_^

а1'л,а,сс"

0,020 0,018

0,016 0,014

0,012 0,010 0,008

0,006

0,004

1 0,002

I

I

0,000

I_

Рис 6. Теоретические зависимости флуктуационной чувствительности от величины сигнала антенны модифицированных нулевых радиометров с входным блоком, выполненным по схеме согласно рис. 5а, для различных диапазонов измерения (1-12)

Для радиометров с входными блоками, выполненными по схемам согласно рис. 56 и рис. 5в, рассчитанные по формулам (23), (24) теоретические зависимости флуктуационной чувствительности от сигнала антенны совпадают и показаны на рис 7. Для минимального и максимального сигналов

Л Та [К] Тш=50К

антенны чувствительность не одинакова и может отличаться в 2 и более раз в зависимости от ширины диапазона.

Рис 7 Теоретические зависимости флуктуационной чувствительности от величины сигнала антенны модифицированных нулевых радиометров с входными блоками, выполненными по схемам согласно рис. 56 и рис. 5в, для различных диапазонов измерения (1 - 8) и для приемников с различной собственной шумовой температурой (Тш)

Нижняя граница диапазона измерения для радиометра с входным блоком, структурная схема которого приведена на рис. 5в, определяется вели-

чиной сигнала Т„п, для входного блока по схеме на рис. 56 - Топ и (например, для диапазона 4 на рис 7 Тамин=Топ=Топ„=\50К). Верхняя граница диапазона измерения для входного блока, показанного на рис. 5в, определяется сигналом Тмп, Тамакс = Т„п + Тдоп, а для входного блока по схеме на рис. 56 сигналом ТопТа^аКС = Топв (например, для диапазона 4 450К, 7"™„=600К). Во входном блоке по схеме с двумя модуляторами можно организовать такое же количество диапазонов измерения, как и во входном блоке по схеме с направленным ответвителем. Но схема входного блока с двумя модуляторами имеет более простую конструкцию.

Рис 8. Теоретические зависимости флуктуационной чувствительности модифицированных радиометров с входными блоками по схемам на рис. 5а (кривые 1,3, 5, 7, 9) и на рис. 56, в (кривые 2,4,6, 8,10), построенные для одинаковых диапазонов измерения (1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10) и шумовых температур приемников (Тш)

Для радиометра с входным блоком, выполненным по схеме на рис. 56, выражение (23) для порога обнаружения сигнала принимает максимальное значение, если сигнал антенны равен Тт + Тм„:

Для третьей схемы входного блока (см. рис. 5в), максимальное значение выражения (24) соответствует сигналу антенны Та = 7'Ш1в:

На рис. 8 приведены зависимости, по которым можно сравнить флук-туационные чувствительности модифицированных радиометров с различными блоками на входе при одинаковой шумовой температуре приемника.

Обеспечение необходимой чувствительности модифицированных радиометров непосредственно связано с выбором параметров низкочастотной части схемы радиометра, т.е. с выбором г и Л (см. (19)). Рассмотрены примеры определения произведения тЯ для каждого из базовых входных блоков в зависимости от необходимого порога обнаружения сигнала с использованием полученных формул (25) - (27). Выбор постоянной времени синхронного фильтра г непосредственно связан с динамикой работы контура авторегулирования нулевого баланса. После выбора г необходимый порог обнаружения сигнала устанавливается изменением параметра И, с помощью которого задается количество накопленных в динамическом интеграторе цифровых кодов сигнала, что связано с временем измерения.

Рассмотрено применение полосовых фильтров в приемных базовых блоках модифицированных радиометров. Показано, что удобно производить формирование опорных сигналов с использованием селективных свойств полосовых фильтров. Устанавливая на выходе генератора шума полосовой фильтр, формирующий полосу частот выходного сигнала, можно эффективно менять выходную мощность шумового сигнала в собранной конструкции "генератор - полосовой фильтр". На рис. 9 приведена в общем виде структурная схема входного блока, в которой для каждого из сигналов производится операция частотной селекции с помощью включенных последовательно с шумовыми генераторами и с антенной трех полосовых фильтров ПФ1 - ПФЗ с соответствующими полосами - <1/3. Эти полосы должны находиться в пределах полосы усиления сигналов приемником , т.е.:

¿/2, ¿/з < <1/ . (28)

Передаточные характеристики радиометра с приемным блоком на входе, который выполнен согласно схемы на рис. 9, в случае "подшумливания" либо тракта антенны, либо опорного тракта, определяются соответствующими выражениями:

(26)

Т +Т _ 1 оп,е м

аЗ,макс

(27)

Г <У± т 4±-Т &

а/ а/ " (1/

—' — доп ¿/ доп <1/

'1

Импульсы

Рис 9. Структурная схема входного блока модифицированного радиометра с направленным ответвителем и полосовыми фильтрами.

(Патенты РФ 2093845, 2211455)

Решая (29) относительно сигнала антенны и подставляя крайние значения длительности 1шис, получим значения, характеризующие минимальную и максимальную границы диапазонов измерения, размах динамического диапазона. Соотношения (29) в самом общем случае характеризуют входной блок радиометра с тремя фильтрами, полосы которых не одинаковые. В частных случаях может отсутствовать тот или иной фильтр. Отсутствие фильтра (фильтров) означает, что прием сигнала (сигналов) идет во всей полосе радиометрического приемника <1/.

Рассмотрен принцип проектирования входных устройств радиометров для решения конкретных задач с использованием одной из рассмотренных базовых схем Исходными данными для выбора конкретной схемы является диапазон измерений. Оптимизация проектирования входного блока с позиции использования в нем тех или иных опорных генераторов шума производится с целью повышения стабильности измерений и упрощения конструкции высокочастотного входного блока Комбинируя эти два подхода к созданию входного блока для радиометра выбирают оптимальный вариант для конкретного применения.

В четвертой главе проведен анализ погрешностей микроволновых модифицированных нулевых радиометров, использующих комбинированную импульсную модуляцию. Выяснено влияние нестабильности сигналов опорных генераторов шума, определены погрешности нелинейности характери-

стики преобразования, оценена динамическая погрешность контура регулирования нулевого баланса.

Проведенный анализ показал, что в модифицированном нулевом радиометре есть два основных источника статической погрешности. Первая вызвана отклонениями выходных сигналов опорных источников шума от номинальных значений в высокочастотном приемном блоке, вторая - искажениями формы импульсов модулированных сигналов в схеме исключения постоянной составляющей низкочастотного тракта.

Изменения сигналов опорных источников шума вызывают систематическую погрешность измерений. Получены необходимые формулы для расчета аддитивной и мультипликативной составляющих данной погрешности радиометров с предложенными базовыми структурами входных блоков.

Если в качестве схемы исключения постоянной составляющей применяется фильтр верхних частот, то в передаточной характеристике радиометра нелинейность преобразования будет вызвана конечным значением постоянной времени тгалс схемы фильтра:

( г

'мод

~ ^сипе

Т]-Т3+(Т3-Т2)ехр

Тг~Т2

(30)

\ у

Если в (30) г„„с выбрать много больше длительности полупериода модуляции Ьой (в этом случае будет происходить передача импульсов через схему СИПС без искажений) , то получим ранее выведенную передаточную характеристику (4). Выражение (30) является общим. В конкретных случаях необходимо учитывать структуру построения приемных блоков на входе радиометра. Подстановка в (30) значений сигналов из табл. 1 дает возможность получать передаточные функции для радиометров, использующих на входе базовые блоки.

Получена формула для определения максимального значения погрешности нелинейности в зависимости от постоянной времени схемы исключения постоянной составляющей:

^шис,макс *сипс

ехр

мод

-1

'мод

ехр

'мод

(31)

-1

Решение данного уравнения численными методами позволяет для заданного значения погрешности найти постоянную времени тппс. Из (31) следует, что погрешность не зависит от сигналов опорных источников шума, а только от конкретных значений 1мад и Найдена формула для сигнала антенны, при котором погрешность нелинейности (31) максимальная. Это соответствует приблизительно середине шкалы измерений.

Проведен анализ вносимой погрешности контуром авторегулирования нулевого баланса. Показано, что на динамику работы автоматической следящей системы оказывают влияние включенные последовательно синхронный фильтр приемника и схема исключения постоянной составляющей. Первая цепь производит амплитудное интегрирование модулированных сигналов, вторая - осуществляет накопление постоянной составляющей и по отношению к ней является интегрирующим звеном. Оптимальная работа системы авторегулирования достигается при равенстве постоянных времени этих фильтров. Методика выбора постоянных времени данных цепей заключается в начальном определении постоянной времени схемы исключения постоянной составляющей, исходя из требований линейности передаточной характеристики. Найденное значение присваивается постоянной времени синхронного фильтра, и проверяется условие, чтобы эта постоянная была в 10-20 раз больше длительности полупериода модуляции Иначе принятые допущения при расчете чувствительности модифицированного радиометра внесут значительную ошибку.

В результате работы контура авторегулирования возникают регулярные колебания значений выходного цифрового кода блока управления, которые затем сглаживаются динамическим интегратором. Так как в радиометрах, как правило, время измерения выбирается большим, поэтому данные колебания значительно уменьшаются. Как показали результаты моделирования, при постоянных времени 20^ колебания выходного цифрового кода составляют ±4 младших разрядов, после усреднения - ±1.

В пятой главе рассмотрено управление динамическим диапазоном измерения и увеличение разрешающей способности измерений. Решена проблема регистрации сигнала во всем динамическом диапазоне, реализованы способы изменения диапазона формированием дополнительных периодов модуляции и предложена схема блока управления с применением однокристального микроконтроллера.

Как следует из полученных передаточных характеристик (20) модифицированных радиометров с различными приемными блоками на входе, изменение диапазона измерений может бьггь достигнуто изменением опорных сигналов, но это связано с регулировкой опорных источников шума в приемном блоке и приводит к дополнительным ошибкам. В данной главе описаны два способа регулировки динамического диапазона измерения без изменений опорных сигналов в приемных измерительных узлах. Общим для них является изменение модулирующей функции, моделирование сложного вида импульсной модуляции, для чего изменяется только цифровой блок управления радиометром.

Особенность регулировки диапазонов измерения по первому способу состоит в формировании дополнительных периодов модуляции, которые в совокупности с основным периодом, где выполняется широтно-импульсная модуляция, образуют новую периодическую последовательность сигналов Количество дополнительных периодов определяет степень расширения диапазона измерения (его размах), и, соответственно, разрешающую способ-

ность измерений, а тип - смещение шкалы преобразования в сторону низких или высоких эффективных температур.

На рис. 10 приведен общий случай, когда полный период модуляции состоит из п дополнительных периодов первого типа, т дополнительных периодов второго типа и основного периода с широтно-импульсной модуляцией. Для этого общего случая передаточная характеристика модифицированного радиометра будет иметь вид:

_(п + \1тг-Т2)-т{Тх-Тг)

1шис ~ _ _, мод ■ У-3*)

1\-12

Для базовых входных блоков (рис. 5) минимальная и максимальная границы диапазонов измерения будут изменяться в соответствии с количеством и типом дополнительных периодов:

<е

Полный период модуляции

Дополнительные периоды

первого типа <-^

(мод од

->

Дополнительные 0сновной периоды второго типа

период

(2 (мод) <->

1И У-Н*-1—-

<-

>

$ и

Рис 10. Полный период модуляции сигналов в случае введения в периодическую последовательность дополнительных периодов с целью изменения динамического диапазона измерения. (Патент РФ 2025743)

а,мин\

-Т

— 1 п

т +1

п + т + 1 т

' а, мин 2 ~ ' оп

' доп ■

доп >

Т — Т _

' а,макс1 ~ оп

ш

а,минЪ

п + т + \

тТоп,в+{п + \)Топ,н

Та, макс2 ~ Топ

п + т + 1 т + 1

' доп ■■

1 доп >

' а,макс '}

п + т + 1

+ пТоп,н

(33)

и + т + 1 ' п + т + 1

Из (33) следует, что изменением модуляции сигналов радиометр можно настроить на любой диапазон измерений шумовой температуры антенны в пределах полной шкалы, ограниченной величинами сигналов опорных генераторов шума. Это приводит к эффекту пропорционального роста разрешающей способности измерений.

Применение данного способа изменения динамического диапазона измерения не приводит к ухудшению флуктуационной чувствительности радиометров. С вводом дополнительных периодов модуляции диапазон измерений изменяется в (п+т < 1) раз с пропорциональным возрастанием разрешающей способности, а порог обнаружения сигнала антенны ДТа уменьшается в -Jn + m + ] - раз. Чтобы чувствительность радиометра возрастала пропорционально с ростом разрешающей способности измерений, необходимо при расширении диапазона время накопления сигнала антенны увеличивать в

4n + m+Т- раз.

Второй способ изменения диапазона измерения определяет его смещение в сторону низких или высоких эффективных температур антенны. (Патент РФ 2220426). Для этого цифровой блок управления радиометром формирует два примыкающих периода модуляции. Первый период является измерительным. В нем выполняется широтно-импульсная модуляция дополнительного опорного генератора шума, от сигнала которого зависит размах диапазона измерения. Второй период является дополнительным и задает смещение диапазона измерения. В данном периоде длительность действия второго дополнительного опорного источника шума и его величина определяют сдвиг диапазона измерения в сторону низких или высоких эффективных температур измеряемого сигнала. Для второго способа разработан входной блок с двумя каналами «подшумливания».

В шестой главе рассмотрены некоторые оригинальные схемы разработанных радиометров с комбинированной импульсной модуляцией и авторегулированием нулевого баланса.

На рис. 11 приведена схема модифицированного нулевого радиометра с усовершенствованным входным блоком, позволяющая осуществлять произвольный выбор динамического диапазона измерения сигнала антенны, применяя для этого один источник шумового сигнала.

Использование для формирования двух опорных сигналов одного шумового генератора ГШ снижает погрешность измерений и уменьшает влияние нестабильности выходной мощности генератора на точность измерений. В результате снижаются требования к точности термостатирования генератора шума и к стабильности источника тока ИТ, питающего его.

В данной схеме можно осуществить произвольный выбор диапазона измерения соответствующей настройкой коэффициентов поглощения двух аттенюаторов ATTI и АТТ2. Верхняя граница диапазона ограничена только выходной мощностью генератора шума. Передаточная характеристика данного радиометра имеет вид:

lWUC т I \

7 гшУПг-т)

где г]/ и г\2 - коэффициенты поглощения первого и второго аттенюаторов, соответственно. Т0 - физическая температура платы, на которой установлены аттенюаторы. | РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ ,

1 БИБЛИОТЕКА

СПстсрвург I О» Ив «»t ;

-х*мод> (34)

""I L

h

ГШ

Ж

ДМ

ИТ

To

ЛП2 -'l

12 !

Bl

B2 >

w

Ml

I____

А £>-

->

\T

m

Входной блок

Выходной цифровой код

Блок управления

Радиометрический приемник

V

СФ

ФВЧ\>

н

к

Рис 11 Структурная схема нулевого модифицированного радиометра с расширенным диапазоном измеряемых сигналов и одним генератором шума для формирования опорных сигналов. ДМ- делитель мощности пополам. В - вентиль, ФВЧ - фильтр верхних частот (схема СИПС).

(Патент РФ 2124213)

На рис. 12 показана схема модифицированного нулевого радиометра, предназначенного для измерения сигналов в области низких эффективных температур антенны. В приемном блоке используется "холодный" шумовой источник, сформированный с использованием селективных свойств полосовых фильтров Для формирования опорных сигналов применяются одинаковые согласованные нагрузки CHI и СН2, шумовые температуры которых определяются физической (кинетической) температурой платы, на которой они установлены.

В математическую модель нахождения сигнала антенны входит только внутренняя температура входного блока Ти:

[1 + (п-1)х^] , (35)

п 1мод

где n = dfldfi - отношение полос приемника и полосового фильтра ПФ1.

Измерение температуры Т0 контактными методами с использованием прецизионных электронных термометров дает возможность проводить абсолютные измерения шумовой температуры антенны с высокой точностью. С применением микроконтроллера в блоке управления вычисляется абсолютная величина искомого сигнала антенны по формуле (35). Измерение температуры Т0 позволяет в некоторых случаях отказаться от локального термо-статирования согласованных нагрузок или выполнить эту операцию с небольшой точностью. Это приводит к упрощению термостата и его схемы

управления. Применение во входном блоке обычных, согласованных с линией передачи, сопротивлений, с одной стороны значительно упрощает схему входного высокочастотного блока радиометра. С другой стороны, согласованная нагрузка в качестве генератора шума обладает более стабильными свойствами, чем шумовой диод.

Рис 12. Структурная схема модифицированного нулевого радиометра для измерения низких шумовых температур антенны, в которой опорные сигналы формируются с использованием полосовых свойств фильтров.

(Патент РФ 2093845)

Особенностью схемы радиометра на рис. 12 является то, что в отличие от классического модуляционного радиометра, в котором при увеличении разности сигнала антенны с опорным сигналом растет погрешность измерений, в случае данного радиометра она, наоборот, снижается.

Представленная на рис. 13 схема нулевого радиометра предусматривает использование в измерениях любых высокочастотных узлов модуляционных радиометров (входная часть и приемник) Модуляционный радиометр, дополненный специальным низкочастотным трактом обработки сигналов и цифровым блоком управления, переводится в режим работы по нулевом)' методу измерений. Дополнительная модуляция опорных сигналов по широт-но- импульсному закону выполняется в низкочастотном тракте.

Данный радиометр измеряет сигналы антенны в любом, интересующем исследователя, диапазоне после выполнения в нем калибровки с использованием двух образцовых эталонов. Вырабатываемая мощность опорного генератора шума во входном блоке может быть произвольной. Диапазон измерений настраивается не регулировкой выходной мощности опорного источника шума, а настройкой регулируемых делителей напряжения в низкочастотном тракте обработки сигналов с коэффициентами деления напряжения а/ 2 з-

Рис. 13 Структурная схема нулевого модифицированного радиометра с дополнительной модуляцией по широтно-импульсному закону опорного сигнала в низкочастотном тракте. СВИС - схема восстановления постоянной составляющей, Д- делитель, АК-аналоговый ключ, АП - аналоговый переключатель. (Патент РФ 2187824)

'ш/

Радиометрический приемник 1

ФВЧ1

Выходной . цифровой -/ код

^вых

АТТ

ДОГШ

Радиометрический приемник 2

V

СФ2 -> ФВЧ2

' ш2

Рис 14 Структурная схема двухканального нулевого радиометра с комбинированной импульсной модуляцией. Мвч и Мт - высокочастотный и низкочастотный модуляторы, соответственно. (Положительное решение по заявке 2003115658/09 на выдачу патента РФ)

Передаточная характеристика, согласно которой шумовую температуру антенны можно выразить через длительность широтно-импульсного сигнала, для данной схемы радиометра имеет вид:

На рис. 14 схема нулевого радиометра построена по принципу двухка-нальной. В отличие от одноканальной с одним приемником, схема с двумя приемниками имеет более высокую чувствительность. Это связано с тем, что количество накопленных цифровых кодов перед усреднением, в результате которого будет получен один результат измерения, в двухканальной схеме в два раза больше за одинаковый промежуток времени работы с одноканальной схемой. Это приводит к повышению чувствительности в л/2 раз, как и для схемы Грахама.

В другом случае, если в одно- и двух- приемниковых радиометрах реализовать одинаковую чувствительность, то динамические характеристики двухканального радиометра будут также выше в у!2 раз, так как накопление цифровых кодов сигнала происходит в два раза быстрее.

Двухканальная схема обладает более высокой надежностью. Отказ одного канала не приводит к потере работоспособности радиометра, а только к ухудшению флуктуационной чувствительности.

В седьмой главе описаны проведенные испытания и экспериментальные исследования опытных конструкций радиометров, в ходе которых проверялась временная и температурная стабильность, линейность передаточной характеристики, флуктуационная чувствительность. Сделан краткий обзор применений радиометров в процессе изучения природных сред Исследованию характеристик радиометров предшествовала необходимая операция калибровки.

Проведенные испытания на моделях модифицированных радиометров, в которых высокочастотные узлы выполнялись по схемам замещения на низкой частоте, показали правильность сделанных теоретических выводов При уменьшении усиления в 100 раз для различных значений входного сигнала максимальное отклонение длительности широтно-импульсного сигнала составило 0.25% при типовом значении 0.1% Максимальная погрешность нелинейности передаточной характеристики для частоты модуляции 1 кГц (¡мод = 0.5 мс) при постоянной времени фильтра верхних частот тат = 22 мс не превысила 0.35%.

Выполненные экспериментальные определения чувствительности радиометров подтвердили сделанные теоретические выводы о характере изменения чувствительности модифицированных нулевых радиометров в зависимости от антенного сигнала. Полученные данные удовлетворительно совпадают с расчетными значениями флуктуационной чувствительности. Для проведения экспериментов с целью уменьшения погрешностей, связанных с технологическими разбросами параметров СВЧ- элементов приемных узлов, был собран комбинированный входной блок, структура которого одним переключением перестраивалась из схемы с направленным ответвитслем в

_агТа-а2Т0„ , _а2топ , («1 „

— —7 т— XI л 1 а — 1 X

(36)

схему с двумя модуляторами. Максимальный разброс полученных теоретическим и экспериментальным путем данных по чувствительности составил около 20% при стандартном отклонении 5 - 6%.

В ходе экспериментов проверялась долговременная и температурная стабильность работы модифицированных радиометров.

Для радиометра на длину волны 18 см были изготовлены три входных блока по базовым схемам. Роль опорных нагрузок выполняли: нагреваемая согласованная нагрузка и полупроводниковый генератор шума на лавинно-пролетном диоде (схемы на рис. 5а и 56); согласованная нагрузка и диод с барьером Шоттки, генерирующий низкотемпературный шум (схема на рис. 5в, вариант 1), согласованная нагреваемая нагрузка и малошумящий высокочастотный усилитель, входом подключаемый к входу модулятора (схема на рис. 5в, вариант 2) Испытания производились в лабораторных условиях с использованием термошкафа, в котором моделировались условия работы радиометра при полевых (натурных) исследованиях. Для исключения погрешностей от технологического разброса СВЧ- узлов радиометр работал поочередно в двух режимах- классическом модуляционном с импульсной модуляцией (когда широтно-импульсный сигнал выключался) и модифицированном нулевом (использовалась комбинированная модуляция). Переключение режимов производилось дистанционно. В радиометре высоко- и низкочастотные узлы не термостатировались. Локальному термостатированию были подвергнуты опорные источники шума во входных блоках с точностью стабилизации температуры ±0.1 °С. Временная стабильность определялась в течении 8 часов непрерывной работы для фиксированной температуры внешней среды начиная с момента выхода радиометра на режим, который отсчитывался от момента достижения стабилизации температуры в локальных термостатах для опорных генераторов шума во входном устройстве.

Максимальные значения температурной и временной нестабильности для радиометра в различных режимах работы и с различными приемными блоками на входе приведены в табл. 2.

Основная ошибка радиометра в модуляционном режиме работы возникла в ходе температурных испытаний, что связано с температурными уходами параметров усилителей радиометрического приемника от номинала. Если радиометр переводился в режим работы по нулевому модифицированному методу, данная погрешность значительно уменьшалась.

Аналогичные эксперименты были выполнены с радиометром на длину волны 10.5 см. Результаты выполненных экспериментов сведены также в табл. 2.

Экспериментальным испытаниям были подвергнуты радиометры на длины волн 2 3 см и 0.8 см, выполненные по классическим модуляционных схемам. Данные радиометры в режим нулевого баланса переводились по низкой частоте (см. рис. 13). Эксперименты подтвердили более высокую стабильность параметров радиометров при работе в режиме нулевого приема.

Табл. 2

Длина Конфи- Диапазон Максимальная Максимальная долго-

волны гурация входно- измерений температурная нестабильность временная нестабильность (8 часов

го (-20 С - +40 С) непрерывной работы)

блока модуляционный модифицированный нулевой модуляционный модифицированный нулевой

18см рис. 5а 50К-350К 35.7К 1.6К 1.4К 0.48К

(11.9%) (0.53%) (0.47%) (0.16%)

рис. 56 350К- 29.7К 1.9К 2.0К 0.57К

650К (9.9%) (0.63%) (0.66%) (0.19%)

рис. 5в 177К- 22.1 К 1.1К 1.1К 0.41К

350К (12.7%) (0.64%) (0.64%) (0.24%)

рис. 5в 74К-350К 32.2К 1.4К 1.7К 0.5К

(И.7%) (0.51%) (0.62%) (0.18%)

10.5см рис. 5 а 50К-350К 40.7К 2.1К 2.1К 0.58К

(13,6%) (0.7%) (0.7%) (0.19%)

рис. 56 350К- 37.7К 1.7К 2.2К 0.51К

650К (12.6%) (0.57%) (0.73%) (0.17%)

рис. 5в 177К-350К 31.7К (18.3%) 1.3К (0.75%) 2.3К (1.33%) 0.49К (0.28%)

рис. 5 в 74К-350К 38.4К 1.9К 2.4К 0.55К

(13.9%) (0.7%) (0 87%) (0.2%)

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Развита концепция нулевого метода измерений и ее применение в микроволновых радиометрах, предложенная в трудах Ryle М., Троицкого B.C., Аблязова B.C., Башаринова А.Е., Бордонского Г.С., Бородзич Э.В., Вайсблата A.B., ВолоховаСА., Есепкиной H.A., Карлова Н.В.. Кисляко-ваА.Г., Королькова Д.В., Носова В.И., Парийского Ю.Н., Полякова В.М., РахлинаВ.Л., Сороченко Р.Л., Струкова И.А., ЭткинаВ.С., КраусаД.Д., Hardy W.N. и др.

Предложена и научно обоснована модификация метода нулевых измерений в микроволновых радиометрах, использующая дополнительную ши-ротно-импульсную модуляцию, с оригинальным алгоритмом функционирования следящей системы авторегулирования нулевого баланса. Основой осуществления предложенной модификации является следующий принцип: в низкочастотном тракте радиометра производится выравнивание вольт-секундных площадей импульсов периодической последовательности модулированных сигналов после исключения постоянной составляющей. Это эквивалентно процедуре выравнивания малых энергий сигналов на входе приемника радиометра в разные полупериоды прямоугольной импульсной модуляции. В радиометре необходимыми операциями над сигналами после

радиометрического приемника являются: исключение постоянной составляющей, синхронный анализ полярности напряжения в заданный интервал модуляции. Данные операции, по сравнению с классическими, значительно упрощают измерительный тракт радиометра после квадратичного детектора.

2. Получена в общем виде передаточная характеристика радиометра для произвольных модулируемых сигналов, согласно которой шумовой сигнал антенны может быть определен косвенно через длительность сигнала опорного источника шума, модулируемого по широтно-импульсному закону. В отличие от традиционного, предложенный метод позволяет определять сигналы антенны по длительности широтного импульса без преобразований сигналов в низкочастотном тракте.

3. Создана обобщенная структурная схема нулевого радиометра, которая является базовой схемой для построения различных модификаций радиометров с комбинированной импульсной модуляцией.

4. Предложены три базовые структурные модели входных блоков, построенные по схемам: с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в тракт антенны, с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в опорный тракт, с двумя модуляторами, с помощью которых можно проектировать многодиапазонные нулевые радиометры с повышенными чувствительностью и стабильностью.

5. Выполнен анализ флуктуационной чувствительности модифицированных нулевых радиометров, получены формулы для определения флуктуационной чувствительности радиометров с различными приемными блоками на входе Приведены примеры по определению технических характеристик радиометров, обеспечивающие получение заданного минимального порога обнаружения сигнала. В результате найдено соотношение, используемое при проектировании модифицированных нулевых радиометров, которое связывает время накопления сигнала и флуктуационную чувствительность.

6. Предложена и теоретически обоснована последовательность разработки приемного блока модифицированного нулевого радиометра, исходными данными для построения которого является диапазон измерений. Оптимизация производится по минимальному порогу обнаружения антенного сигнала, стабильности используемых генераторов шума, конструктивным особенностям. В ходе оптимизации используются полученные выражения для расчета чувствительности, соотношения, учитывающие аддитивную и мультипликативную составляющие систематической погрешности и погрешности нелинейности передаточной характеристики.

7. Обоснованы два этапа интегрирования и накопления шумового сигнала антенны и приведены примеры определения постоянной времени аналогового синхронного фильтра и времени накопления цифровых кодов при измерении.

8. Теоретически обоснован расчет погрешностей модифицированных нулевых радиометров. Показано, что аддитивная и мультипликативная составляющие систематической погрешности связаны с отклонениями выходных сигналов двух опорных источников шума на входе радиометра от номи-

нальных значений. Погрешность нелинейности зависит от искажений формы огибающей импульсных модулированных сигналов после квадратичного детектора. Предложены математические модели расчета погрешностей, вызванных нестабильностью опорных генераторов шума и конечным значением постоянной времени схемы исключения постоянной составляющей, позволяющие рассчитать эти погрешности и в дальнейшем либо их учитывать, либо производить компенсацию.

9. Проведен анализ динамики функционирования контура обратной связи радиометра и оценена погрешность, вызванная задержкой в цепи авторегулирования нулевого баланса. Показано, что постоянную времени аналогового накопительного фильтра необходимо выбирать одинаковой с постоянной времени схемы исключения постоянной составляющей для оптимальной динамики работы цепи обратной связи.

10. Предложены два способа изменения динамического диапазона измерения в модифицированных нулевых радиометрах, которые заключаются в изменении вида модулирующей функции и комбинаций, участвующих в модуляции сигналов, применении сложного вида импульсной модуляции сигналов. При этом не производится регулировка опорных источников шума в высокочастотном блоке радиометра. Изменению подвергается только цифровой блок управления радиометром, что отвечает более простой задаче при создании радиометра. Предложенные способы увеличивают разрешающую способность измерений. Первый способ изменения диапазона заключается во введении в импульсную последовательность модулированных сигналов дополнительных периодов модуляции, от числа которых зависит размах диапазона измерения, от типа - смещение диапазона измерения по термодинамической шкале Кельвина. Показано, что измерение низких эффективных температур антенны можно проводить с использованием опорных шумовых источников с высокой эффективной температурой. Во втором способе достигается смещение диапазона измерения специальным видом модулирующей функции. Два опорных сигнала разной интенсивности формируются одним рабочим опорным генератором шума, что снижает систематическую погрешность измерений.

И. Предложены перспективные схемы модифицированных нулевых радиометров: схема с произвольным диапазоном измерения, в которой опорные сигналы формируются одним источником шумовой мощности; схема для измерения сигналов с низкой эффективной температурой, в которой опорные сигналы формируются с использованием стабильных шумовых генераторов - согласованных тепловых нагрузок и полосовых фильтров; схема с установкой нулевого баланса по низкой частоте; схема двухканального модифицированного нулевого радиометра.

12. Разработаны и исследованы опытные конструкции микроволновых модифицированных нулевых радиометров. Приведены результаты экспериментальных исследований радиометров.

Основные технические решения имеют патентную защиту в России

Таким образом, выполненная работа заключается в разработке новых положений теории нулевого метода измерений на базе комбинированной

импульсной модуляции, применение которых в микроволновых радиометрах позволило решить научно-техническую проблему, имеющую важное хозяйственное значение, по созданию нового класса портативных радиометрических систем с повышенными характеристиками для дистанционных исследований природных сред в различных климатических условиях эксплуатации. Разработанные радиометры обеспечивают достоверность получаемых результатов, многодиапазонность, повышенную надежность, снижение энергопотребления, массогабаритных показателей и стоимости. В диссертационной работе изложены научно-обоснованные технические решения, внедрение которых имеет большое практическое значение для ряда отраслей науки и техники.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Филатов A.B., Шестернев Д.М. Микроволновые нулевые радиометры для исследования экосистем. - Якутск: Институт мерзлотоведения СО РАН, 2003. - 152 с. - ISBN 5-93254-049-4.

2. Филатов A.B. Способы реализации модификации метода нулевого приема в сверхвысокочастотных радиометра // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т.48, №7. - С. 888-894.

3. Филатов A.B. Нулевой микроволновый радиометр с дополнительной широтно- импульсной модуляцией опорного сигнала после детектора // Радиотехника и электроника. - 2005. - Т.50, №4. - С..

4. Бордонский Г.С., Филатов A.B. Нулевой радиометр с широтно- импульсной модуляцией опорного сигнала и цифровым выходом // Известия вузов. Радиофизика. - 1992. - Т. 35, №8. - С. 652-662.

5. Филатов A.B. Метод изменения диапазона измерений в свч- радиометрах с широтно-импульсной модуляцией опорного сигнала // Известия вузов. Радиофизика. - 19%. - Т. 39, №8, - С. 1057-1064.

6. Филатов A.B. Использование полосовых фильтров для реализации модификации нулевого метода измерений в микроволновых радиометрах // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2004. - №4. - С. 73-80.

7. Филатов А В. Автономное измерительное устройство с автокоррекцией систематических погрешностей // Приборы и техника эксперимента. -1988,-№4.-С. 67-69.

8. Филатов A.B. Следящий аналого-цифровой преобразователь // Приборы и техника эксперимента. - 1990. - №5. - С. 110-114.

9. Филатов A.B. Модифицированный метод нулевого приема в сверхвысокочастотном радиометре // Приборы и техника эксперимента. - 1996. -№3. - С. 87-92.

10. Филатов A.B. Блок управления широтно-импульсной модуляцией опорных сигналов в сверхвысокочастотном радиометре // Приборы и техника эксперимента. - 1997. - №2. - С. 69-73.

11 Филатов A.B. Блок управления изменением диапазона измерений в сверхвысокочастотном радиометре // Приборы и техника эксперимента. -1999.-№1.-С. 69-75.

12. Филатов A.B. Сверхвысокочастотный радиометр с расширенным диапазоном измеряемых сигналов // Приборы и техника эксперимента. -2000. - №2. - С. 89-95.

13. Филатов A.B. Сверхвысокочастотный радиометр с последетектор-ной широтно-импульсной модуляцией // Приборы и техника эксперимента. -2002. - №1. - С. 80-86.

14. A.C. СССР 1594692, МПК7 НОЗМ 1/48. Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления / A.B. Филатов (СССР) - 4499018/24-24; заявл. 27.10.1988; опубл. 23.09.1990. - Бюл. №35. - С. 269.

15. A.C. СССР 1704107, MnK^G01R29/08. Нулевой радиометр / A.B. Филатов, Г.С. Бордонский (СССР) - 4708980/09; заявл. 22.06.1989; опубл. 07.01.1992. - Бюл. №1. - С. 182.

16. A.C. СССР 1720160, МПК7 НОЗМ 1/48. Аналого-цифровой преобразователь / A.B. Филатов (СССР) - 4782972/24; заявл. 16.01.1990; опубл. 15.03.1992. - Бюл. №10. - С. 214.

17. Патент 1838793 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) - 4936463/09; заявл. 05.01.1992; Бюл. №32, 1993.-С. 350.

18. Патент 2025743 Российской Федерации, МПК7 G01S 13/95. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) - 5031315/09; заявл. 19.03.1992; опубл. 30.12.1994.-Бюл. №24.-С. 155.

19. Патент 2093845 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08, G01S 13/95. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) - 5057798/09, заявл. 05.08.1992; опубл. 20.10.1997. - Бюл. №29.

20. Патент 2124213 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) - 96109120/09; заявл. 30.04.1996; опубл. 27 12.1998.-Бюл. №36.

21. Патент 2168733 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Сверхвысокочастотный радиометр / Д.М. Шестернев, A.B. Филатов (РФ) -2000103379/09; заявл. 10.02.2000; опубл. 10.06.2001. - Бюл. №16.

22. Патент 2172476 Российской Федерации. МПК7 J01K 1/10. Инфракрасный радиометр / Д.М. Шестернев, A.B. Филатов, В Н. Кубасов (РФ) -99126546/28; заявл. 14.12.1999; опубл. 28.08.2001. - Бюл. №23.

23. Патент 2187824 Российской Федерации, МПК7 G01R29/08. Модуляционный радиометр / A.B. Филатов (РФ) - 2001105687/09; заявл. 27.02.2001; опубл. 20.08.2002. - Бюл. №23.

24. Патент 2211455 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08, G01S 13/95. Радиометр / A.B. Филатов (РФ) - 2002111041/09; заявл. 24.04.2002, опубл. 27.08.2003. - Бюл. №24.

25. Патент 2220426 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Модуляционный радиометр / Д.М. Шестернев, A.B. Филатов (РФ) -2002111037/09; заявл. 24.04.2002; опубл. 27.03.2003. - Бюл. №36. - С 155.

26. Патент 2235340 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Нулевой радиометр / Д.М. Шестернев, А.В Филатов (РФ) - 2003101276/09; заявл 17.01.2003; опубл. 03.07.2004. - Бюл. №24.

27. Положительное решение по заявке №2003115658/09(016563) на выдачу Патента РФ от 02.06.2004 г. // Небольсин М.Ю., Филатов А.В. Двух-канальный нулевой радиометр. Приоритет от 26.05.2004 г.

28. Филатов А.В. Радиометр с широтно-импульсной модуляцией опорных сигналов // Республиканский сборник "Радиофизика и исследование свойств вещества". - Омск. - 1990. - С. 79-85.

29. Бордонский Г.С., Крылов С.Д., Филатов А.В., Поляков В.М. Аппаратный комплекс для радиометрических исследований пресноводного ледяного покрова // Тез. докл. Всесоюзной конференции по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды.

- 12-14 окт. 1986 г. - Рига. - С. 47.

30. Филатов А.В., Бордонский Г.С., Сафронов Г.В. Метод нулевого приема в радиометрах // Тез. докл. на XXI Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". - 19-21 окт. 1989 г. - Ереван. - С. 301-302.

31. Филатов А.В. Следящий аналого-цифровой преобразователь с широтно-импульсной модуляцией опорных сигналов // Тез. докл. Всесоюзной конференции "Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов". - 5-7 дек. 1989 г. - Рига. - Т. 1. - С. 74-76. 32. Шестернев Д.М., Филатов А.В. СВЧ- и ИК - радиометрия при изучении криогенных процессов и явлений // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования - М.: Академия наук о Земле. -2000. - Т.2. - С. 106-108.

33. Filatov A.V. Implementation of zero measurements method modification in microwave radiometer // 8th International Symposium on Remote Sensing.

- 17-21 sept 2001. - Toulouse, France. - vol. 4540.

34. Shesternev D.M., Filatov A.V. The remote investigation of criogenic objects with heev been using microwave radiometric complex // 1st European Permafrost Conference. Abstracts. Italy. Rome. - 26-28л March 2001. - P. 82.

35. Шестернев Д.М., Филатов A.B. Морозоопасность крупнодисперсных грунтовых систем криолитозоны // Материалы Второй конференции геокриологов России. МГТ им М.В.Ломоносова. - 6-8 июня 2001. - T.I. -М.: Изд-во МГУ.-2001.-С. 174-179.

36. Филатов А.В. Микроволновый радиометр с широтно-импульсной модуляцией опорного сигнала после детектора // Доклад на Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления". - 2-4 окт. 2002. - Томск: ТУСУР. - Раздел 1.2. Микроволновые устройства и системы. - С. 118-121.

37. Филатов А.В. Использование полосовых фильтров для реализации модификации нулевого метода измерений в микроволновых радиометрах // Докл. на Всероссийской научно-практической конф. "Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления". - 2-4 окт. 2002. - Томск: ТУСУР. - Раздел 1.2. Микроволновые устройства и системы. - С. 122-125.

38. Filatov А V. Implementation of zero measurements method modification in microwave radiometers // The International Symposium on Optical Science and Technology. SPIE's 47th Annual Meeting. - 7-11 July 2002. - Seattle, Washington, USA. - vol. 4814, Earth Observing Systems. - 4814-63.

39. Филатов A.B. Мобильный СВЧ- радиометрический комплекс // Доклад на 2-ой Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. - 15-17 апреля 2003. - Томск: ТУСУР. - С. 242-247.

40. Филатов A.B. Портативный двухканальный СВЧ- радиометр с применением модификации метода нулевых измерений // Доклад на 2-ой Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. - 15-17 апреля 2003. - Томск: ТУСУР. - С. 248253.

41 Филатов А В. Двухканальный микроволновый радиометр с применением модифицированного метода нулевого приема // Доклад на Международной конференции "Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В .А. Котельникова". - 29-30 окт. 2003. - Москва: МЭИ. - С. 40-42.

42. Филатов А В. Микроволновые радиометры высокой точности // Доклад на Всероссийской научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления". - 21-23 окт. 2003. - Томск- ИОА СО РАН, 2003.-С. 107-108.

43. Шестернев Д.М., Филатов A.B. Модифицированный метод нулевого приема в сверхвысокочастотных радиометрах // Доклад на X Международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC*2004). - 13-15 апреля 2004. - Воронеж, 2004. - С. 1722-1725.

»-7807

РНБ Русский фонд

2006=4

7563

1

Тираж 120. Заказ 296. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1.

МИРОВОЛНОВЫЕ НУЛЕВЫЕ РАДИОМЕТРЫ:

ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ.

1.1. Общие сведения.

1.2. Основные направления проектирования нулевых сверхвысокочастотных радиометров. Классификация радиометров по способу формирования и ввода регулируемого опорного сигнала.

1.3. Структурные схемы и принципы действия радиометров с автоматической установкой нулевого баланса в высокочастотном тракте (до квадратичного детектора).

1.4. Структурные схемы и принципы действия радиометров с установкой нулевого баланса во входном приемном блоке.

1.5. Структурные схемы и принципы действия радиометров с автоматическим переводом в режим нулевого приема после квадратичного детектора (в низкочастотном тракте).

1.6. Структурные схемы и принципы действия радиометров с делением сигналов.

1.7. Структурные схемы и принципы действия нулевых радиометров, предназначенных для измерения электромагнитного излучения объектов, находящихся в непосредственной близости с антенной.

1.8. Структурные схемы и принципы действия радиометров с формированием опорного сигнала из собственных шумов приемника, используя селективные свойства полосовых фильтров.

1.9. Ограничение точности нулевых радиометров. Цели и задачи работы.

Глава 2.

РАЗВИТИЕ МЕТОДА НУЛЕВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ: МОДИФИЦИРОВАННЫЙ МЕТОД НУЛЕВОГО ПРИЕМА. ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ.

2.1. Математическое описание модифицированного метода нулевых измерений с комбинированной импульсной модуляцией.

2.2. Способ реализации модифицированного метода нулевого приема в микроволновых радиометрах.

2.3. Обобщенная структурная схема микроволнового радиометра, использующего модифицированный метод нулевого приема.

2.4. Анализ флуктуационной чувствительности модифицированных нулевых радиометров.

2.5. Обобщенная математическая модель для определения флуктуационной чувствительности модифицированных нулевых радиометров.

Выводы.

Глава 3.

ОБОБЩЕННЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НУЛЕВЫХ РАДИОМЕТРОВ.

3.1. Оптимальные параметры применяемых в радиометрах генераторов шума, как опорных источников сигнала.

3.2. Структурное моделирование входных приемных блоков нулевых модифицированных радиометров.

3.2.1. Входной блок с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в тракт антенны.

3.2.2. Входной блок с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в опорный тракт.

3.2.3. Входной блок с двумя модуляторами.

3.2.4. Комбинированный входной блок с направленным ответвите-лем.

3.3. Применение опорных генераторов шума в базовых входных блоках. Диапазоны измерения.

3.4. Флуктуационная чувствительность модифицированных нулевых радиометров в составе с базовыми входными блоками. Методика расчета параметров низкочастотного тракта обработки сигналов.

3.5. Примеры определения флуктуационной чувствительности модифицированных радиометров для наиболее типичных диапазонов измерения при дистанционном зондировании природных сред.

3.6. Применение полосовых фильтров в базовых схемах входных блоков модифицированных нулевых радиометров.

3.7. Методика проектирования оптимального входного блока модифицированного нулевого радиометра в зависимости от требуемого диапазона измерения, стабильности, чувствительности.

Выводы.

Глава 4.

АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ МИКРОВОЛНОВЫХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НУЛЕВЫХ РАДИОМЕТРОВ.

4.1. Влияние нестабильности сигналов опорных генераторов шума.

4.2. Погрешность нелинейности характеристики преобразования, вызванная схемой исключения постоянной составляющей.

4.3. Оценка погрешности функционирования автоматической следящей системы.

4.4. Динамические свойства контура автоматического регулирования нулевого баланса, вносимые искажения.

Выводы.

Глава 5.

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА УВЕЛИЧЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИЗМЕРЕНРТЙ. УПРАВЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ИЗМЕРЕНИЙ В МОДИФИЦИРОВАННЫХ НУЛЕВЫХ РАДИОМЕТРАХ.

5.1. Проблема регистрации сигнала во всем динамическом диапазоне его изменения.

5.2. Способ регулировки в модифицированных радиометрах диапазона измерения формированием дополнительных периодов модуляции двух типов.

5.3. Флуктуационная чувствительность модифицированного нулевого радиометра с возможностями изменения диапазона измерения способом ввода дополнительных периодов модуляции.

5.4. Способ изменения диапазона измерения с помощью дополнительного периода модуляции, в котором регулируется длительность сигнала опорного генератора шума.

5.5. Блок управления изменением диапазона измерения в модифицированном радиометре с применением однокристального микроконтроллера.

Выводы.

Глава 6.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СХЕМЫ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НУЛЕВЫХ

РАДИОМЕТРОВ.

6.1. Модифицированный нулевой радиометр с произвольным диапазоном измеряемых сигналов и одним генератором шума для формирования двух опорных сигналов.

6.2. Модифицированный нулевой радиометр, использующий селективные свойства полосовых фильтров для измерения низких шумовых сигналов антенны.

6.3. Модифицированный нулевой радиометр с установкой нулевого баланса в низкочастотном тракте.

6.4. Двухканальный модифицированный нулевой радиометр.

Выводы.

Глава 7.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПОРТАТИВНЫХ МИКРОВОЛНОВЫХ РАДИОМЕТРОВ.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ.

7.1. Внутренняя и внешняя калибровки радиометров.

7.2. Экспериментальная оценка метрологических возможностей модифицированных радиометров.

7.2.1. Определение чувствительности радиометров.

7.2.2. Экспериментальное определение чувствительности модифицированных нулевых радиометров.

7.2.3. Определение линейности передаточной характеристики модифицированных нулевых радиометров.

7.2.4. Определение долговременной, температурной стабильности модифицированных нулевых радиометров.

7.3. Применение модифицированных нулевых радиометров для исследований природных объектов в натурных условиях.

7.3.1. Измерения радиояркостной температуры пресного ледяного покрова, содержащего газовые включения.

7.3.2. Измерение излучательных характеристик пресного льда для оценки распределения концентраций высшей растительности в водоеме.

Выводы.

В настоящее время методы дистанционного зондирования находят применение при исследованиях различных объектов и явлений [1-4] в геологии, климатологии, гидрологии, сельском хозяйстве, метеорологии, океанологии и других отраслях науки и техники. Важное место в таких исследованиях занимает микроволновая радиометрия [5-19], как один из методов изучения различных физических явлений, происходящих внутри объектов, в природных образованиях, путем проведения измерений электромагнитных колебаний в области микроволн, создаваемых собственным тепловым излучением этих объектов. Так, например, в работах [20-23] показана перспективность и уникальность метода радиотеплолокации при исследовании пресных ледяных покровов, мерзлых фунтов, почв, неоднородностей во льдах, нарушений их структуры. В [24] выполненные работы по дистанционным измерениям пресного ледяного покрова и полученные результаты свидетельствуют о том, что такие измерения могут оказаться полезными для геологии при выявлении подповерхностных структур через процессы выделения газов, тепла, подток вод, при определении физико-химических и биологических процессов, протекающих в водоемах. В лимнологии представляется возможным определять степень эвтрофности водоемов, измерив интенсивность газообразования и других процессов. Оконту-ривая зоны газовыделения и определяя площади активных процессов, можно определить биологическую активность водоемов. Рельеф дна отражается в ледяном покрове: под мелководными участками накапливается больше неоднородностей, которые выявляются при зондировании.

Пассивное зондирование используется в ходе проведения мониторинга различного типа природных сред. Например, при изучении динамики сезонного промерзания и оттаивания криогенных систем различного масштаба в натурных условиях, от объектов локального уровня до региональных [25-27]. Результатами работ является предупреждение развития криогенных геологических процессов.

Методы пассивной локации применяются не только в целях исследований природных объектов, но и в промышленных целях. В металлургии проводятся щ дистанционные измерения температуры расплавленного металла в загазованных и задымленных помещениях. В медицине определяются локальные очаги с повышенной температурой внутри биологических объектов [28-31]. В методах неразрушающего контроля дистанционно обнаруживаются внутренние дефекты (раковины, трещины) в различных непроводящих и полупроводящих телах, структурах и конструкциях с одновременным определением размеров этих дефектов [32, 33]. Возможно построение радиоизображений скрытых ^ объектов, определение параметров диэлектриков, измерение влажности, отбраковка лесоматериалов и т.д. Можно получать информацию от объектов с определенных глубин.

Собственное излучение объектов тепловой природы - это электромагнитные флуктуационные сигналы очень слабой интенсивности [34, 35]. Для измерения этих сигналов применяются высокочувствительные малошумящие приемники, которые принято называть радиометрами. Отличительной чертой та- ких приемников является широкая полоса приема (10-20% от центральной частоты), низкая интенсивность собственных шумов. Широкая полоса приема обеспечивает значительный радиометрический выигрыш, который заключается в увеличении отношения "сигнал/шум". Низкий коэффициент шума приемника позволяет повысить флуктуационный порог обнаружения сигнала [36].

Выполнение выше упомянутых исследований при изучении природных объектов в натурных условиях требует применение малогабаритных перенос-^ ных радиометров, способных стабильно работать в переменных климатических условиях, сохраняя при этом высокую точность.

Как отмечалось, тепловые шумы природных объектов порождают весьма слабые сигналы, поступающие в антенну. Это обстоятельство налагает определенные условия на рабочие параметры радиометров, извлекающих информацию из электромагнитных полей [37]. Чтобы данные сигналы можно было правильно интерпретировать, коэффициент передачи радиометра должен быть большим. Как правило, коэффициент усиления сигналов по мощности в высокочастотной части приемника составляет 60-80 дБ, после квадратичного детектора усиление огибающей по напряжению приблизительно равно 120 дБ. Конечно, в радиометре должны быть сведены к минимуму влияния хаотических изменений параметров аппаратуры на обнаружение сигнала. Прежде всего это относится к стабильности коэффициента усиления всего измерительного такта и постоянству его шумов. Одним словом, изменения этих параметров радиометра приводят к тому, что слабые сигналы могут быть замаскированы этими изменениями и не обнаружены. Ослабление влияния этих дестабилизирующих факторов обычно добиваются двумя путями. Первый путь связан с глубоким термостатированием всех важнейших узлов радиометрической системы (это относится к стационарным системам, которые, например, используются в радиоастрономии), второй - с созданием новых методов и принципов работы радиометров, вследствие применения которых они становятся не чувствительными к изменениям коэффициента усиления тракта и его собственных шумов [38-42].

Различные приемы стабилизации или учета изменений параметров радиометров заключаются в применении различных методов работы этих приемных устройств пассивной радиолокации. Среди различных схем радиометров самое широкое распространение получили модуляционные радиометры, в основу работы которых положен метод дифференциальных измерений. На входе радиометра, перед приемником, производится модуляция с некоторой частотой (как правило 1 кГц) сигнала антенны и стабильного сигнала опорного генератора шума - имитатора антенны, подключаемого на вход приемника радиометра вместо антенны [38, 39]. Так как измерения переносятся на более высокую частоту, с которой модулируются сигналы, это приводит к значительному снижению влияния двух основных дестабилизирующих факторов на измерения, к заметному снижению влияния аномальных флуктуаций коэффициента усиления вблизи нулевой частоты и изменений постоянной и квазипостоянной составляющих собственных шумов радиометра.

Широкое применение модуляционных радиометров связано, с одной стороны, с достаточно высокой точностью измерений, которая достигается в сущности простыми приемами (модуляция на входе и демодуляция - синхронное детектирование - на выходе) и простой схемной реализацией, с другой стороны. Модуляционные радиометры привлекают простой конструкцией, поэтому являются перспективными для повторений, что проявляется в массовом их использовании. Однако полной минимизации влияния изменений коэффициентов усиления усилителей и собственных шумов приемника в модуляционной схеме не происходит. Заметно минимизировать эти изменения можно только в том случае, если применить в модуляционном радиометре нулевой метод измерений (данный метод имеет самые высокие потенциальные возможности по созданию прецизионных радиометров).

Ведущий замысел, трактовка нулевого метода применительно к радиометрам принадлежат Ryle М. и Троицкому B.C. [39-42]. Впоследствии концепция нулевого метода измерений и ее применение в микроволновых радиометрах была развита в трудах Аблязова B.C., Башаринова А.Е., Бордонского Г.С., Бородзич Э.В., Волохова С.А., Есепкиной H.A., Карлова Н.В., Кислякова А.Г., Королькова Д.В., Носова В.И., Парийского Ю.Н., Полякова В.М., Рахли-на B.JI., Сороченко P.JL, Струкова И.А., Эткина B.C., Крауса Д.Д., Hardy W.N., и др. С созданием нулевых радиометров связан ряд успешных исследований: доказательство справедливости формулы Найквиста для спектральной плотности флуктуационных шумов сопротивлений различных материалов [41]; в радиоастрономии - открытие рекомбинационных радиолиний, излучаемых высоковозбужденными атомами [76], измерение глубинной температуры биологических объектов и т. д. В нулевом радиометре частично или полностью исключается вредное влияние флуктуаций коэффициента усиления на измеряемый сигнал. Начиная с момента, когда этот метод был применен в радиометрах и до настоящего времени, создано множество схем нулевых радиометров. Большинство схемных решений подробно освещены в литературном обзоре данной диссертации. В нулевом радиометре выходная мощность опорного генератора шума регулируется до достижения так называемого нулевого баланса в измерительном тракте. Нулевой баланс в радиометре считается установленным, если по измерительному тракту в разные полупериоды симметричной модуляции (меандр) проходят одинаковые сигналы и на выходе радиометра исчезают сигналы с частотой модуляции. Опорный сигнал настраивают равным сигналу антенны и такой регулировкой добиваются нулевого баланса. Следовательно, в нулевом радиометре необходимо выполнить контур обратной следящей связи и регулируемый опорный источник шума. Первые нулевые радиометры имели аналоговый принцип регулирования нулевого баланса и требовали применения во входных узлах прецизионных регулируемых СВЧ- устройств (как правило, прецизионных регулируемых аттенюаторов или генераторов шума с регулируемой выходной мощностью). Данные элементы не только должны были обладать высокой линейностью регулировочной характеристики, но и иметь большой динамический диапазон регулировки для измерения сигналов антенны в широком диапазоне изменения, и при этом обладать повышенным быстродействием регулирования для приведения измерительной системы в режим нулевого баланса. Конечно, это приводило к усложнению схемы радиометра, так как существуют определенные трудности в создании прецизионных, с регулируемой выходной мощностью, генераторов шума и в определении на выходе радиометра момента достижения нулевого баланса (в этом методе величину сигнала антенны определяют по регулирующему воздействию на изменение сигнала опорного источника шума). Погрешности, возникающие от применения данных элементов во входных блоках, не позволяли полностью peaлизовать достоинства нулевого метода измерений и нулевые радиометры не были широко распространены.

Успешным продолжением развития нулевого метода явилось создание в нулевом радиометре режима импульсного "подшумливания" по широтно- импульсному закону. В этом случае во входном высокочастотном блоке нулевого радиометра регулируется не амплитуда опорного сигнала, а его длительность при неизменной выходной мощности опорного генератора шума. Изменением длительности действия опорного сигнала регулируется средняя за полупериод модуляции величина опорного сигнала [43-45]. Это привело к значительному упрощению входного приемного блока, снижению погрешности измерений и повышению линейности калибровочной характеристики радиометра при простой регулировке опорного сигнала. По сути, во входном блоке радиометра прецизионный регулируемый опорный источник шумового сигнала был заменен на последовательно соединенные генератор шума, вырабатывающий стабильный и неизменный сигнал, и управляемый по широтно- импульсному закону диодный СВЧ- ключ.

Данный способ смешения опорных и измеряемого сигналов, различным образом импульсно модулированных, хоть и привел к значительному упрощению конструкции входного блока, но с другой стороны потребовал усложнения обработки сложно модулированных сигналов после квадратичного детектора, после выделения огибающей. Сравнение малых энергий сигналов на входе радиометра в разные полупериоды модуляции и формирование управляющего воздействия на изменение длительности действия опорного сигнала привели к усложнению процедуры низкочастотной обработки сигналов и к увеличению погрешностей измерений. Таким образом, схемы нулевых радиометров с импульсным "подшумливанием" оказались сложнее, чем схемы обычных модуляционных радиометров, и вследствие этого они не получили широкого распространения.

В конце прошлого столетия в Сибирском отделении АН по фундаментальным программам проводились работы по изучению свойств различных природных объектов, включая почвы, льды, грунты. В основном такие исследования требовали длительных (режимных) наблюдений за динамикой поведения природных сред, например, в процессе промерзания и оттаивания почв, в ходе роста толщины льда и т.п. Для проведения исследований применялись как контактные, так и дистанционные методы изучения с применением микроволновых радиометров. В различных спектральных диапазонах определялись излучательные характеристики природных сред. Данные и подобные им исследования в натурных условиях проводились как в зимнее, так и в летнее время, а также в межсезонье, и требовали применения радиометрических систем, которые могли стабильно работать при изменении температуры окружающей среды (дневные и ночные перепады температур иногда достигали 30 -40°С) и в то же время быть переносными, компактными системами с незначительным энергопотреблением и с возможностью установки на различные носители: автомобили, летательные аппараты.

В то время в практике работ широко были распространены модуляционные радиометры, благодаря (как отмечено выше) простому схемному и конструктивному исполнению при приемлемой точности. Но в наших исследованиях данные радиометры модуляционного типа давали заметную погрешность (дрейф выходного сигнала и т.п.) при изучении тонких эффектов, которые требовали длительных наблюдений (недели, месяцы) за поведением природных сред. Приходилось термостатировать не только входной узел радиометров, но и весь измерительный тракт, что приводило к увеличению потребляемой мощности и массогабаритных показателей. Поэтому была необходимость в создании новых радиометрических систем, что оказалось довольно проблематичным.

Так как нулевой метод имеет самые высокие потенциальные возможности по созданию радиометров высокой точности, для проведения намеченных исследований природных сред была поставлена задача создания такой схемы нулевого радиометра, которая по простоте реализации конструкции не уступала бы обычному модуляционному радиометру, но в которой в большей степени было ослаблено влияние на измерения двух основных дестабилизирующих факторов: изменений коэффициента усиления измерительного тракта и собственных шумов. Разрабатываемые радиометры должны обладать высокой стабильностью и достоверностью измерений и отвечать следующим требованиям:

- малые габариты и вес,

- низкая потребляемая мощность,

- простая структурная и схемная реализация конструкции без использования прецизионных регулируемых СВЧ- элементов,

- высокая временная и температурная стабильность,

- возможность представления результатов измерений в цифровом виде.

В настоящее время такие радиометры созданы, чему посвящена данная диссертация, в которой описаны новые портативные радиометрические системы с использованием метода комбинированной импульсной модуляции и авторегулированием нулевого баланса, ориентированные на применение в натурных (полевых) условиях при изучении природных объектов и сред в течение длительного интервала времени и в различных, меняющихся климатических условиях.

Можно говорить о создании нового класса радиометрических систем, в которых упрощено схемное исполнение и конструкция, и по этому параметру они конкурируют с самыми распространенными радиометрами модуляционного типа, но имеют более высокие метрологические характеристики по стабильности, точности, флуктуационной чувствительности.

Целью работы является решение важной научно-технической проблемы, которая касается создания портативных микроволновых радиометров для дистанционных исследований природных сред в натурных условиях и заключается в развитии теории и практики нулевого метода измерений, в разработке с применением результатов теоретических исследований новой модификации данного метода на базе комбинированной импульсной модуляции, в создании на ее основе опытных малогабаритных переносных нулевых микроволновых радиометров с улучшенными метрологическими характеристиками, такими как точность, стабильность, чувствительность.

Задачи исследований. В ходе создания комплекса портативных модифицированных нулевых радиометров для дистанционных исследований природной среды в натурных условиях ставились и решались следующие задачи:

1. Научное обоснование технических решений, направленных на построение портативных цифровых радиометров на базе метода комбинированной импульсной модуляции с авторегулированием нулевого баланса.

1.1. Создание алгоритмов обработки сигналов в портативных модифицированных нулевых СВЧ- радиометрах, который позволяет при упрощении конструкции радиометров повысить точность измерений шумовой температуры антенны.

1.2. Нахождение передаточной характеристики модифицированных нулевых радиометров, с помощью которой устанавливается связь между шумовой температурой антенны и длительностью широтно- импульсного сигнала, управляющего модуляцией дополнительного опорного сигнала.

2. Разработка обобщенной структурной схемы радиометров, являющейся основой для создания нового класса радиометров с комбинированной импульсной модуляцией и авторегулированием нулевого баланса.

3. Анализ флуктуационной чувствительности радиометров, как одной из основных характеристик, по которой можно оценить чувствительность системы на стадии ее проектирования.

4. Создание на базе обобщенной структурной схемы радиометров базовых структурных моделей входных приемных устройств.

5. Теоретическое и экспериментальное исследование погрешностей портативных цифровых нулевых радиометров.

6. Разработка способов изменения динамического диапазона измерения, основанных на изменении модуляции измеряемого и опорных сигналов.

Диссертация выполнена в соответствии с программами фундаментальных исследований СО РАН: "Теория, методы и аппаратура для дистанционно-% го изучения криогенных объектов с использованием электромагнитного излучения" (задание 3.1.8 в программе 12; 1991-1995); "Пространственно- временные закономерности распространения, развития мерзлых горных пород, льдов, криогенных процессов и явлений (тема 5.2.6, 1996-2000); общеакадемической программой фундаментальных исследований "Новые приборы и средства автоматизации научных исследований высшей категории сложности", раздел 4 "Прецизионные приборы для геофизических и экологических исследований" ^ (приоритет 7, 1990-1991); при поддержке РФФИ, грант 00-05-64641; фонда Сороса; Федерального агентства по образованию, грант по ведомственной научной программе "Развитие научного потенциала высшей школы" (2005). ). Перечисленные работы относятся по перечню приоритетных направлений науки, технологий и техники РФ в части применения к разделу "Экология и рациональное природопользование", в части научно-технических решений - к разделу "Информационно-телекоммуникационные технологии и электроника".

Методы исследований. В работе использованы методы исследований, основанные на дифференциальном и интегральном исчислении, методах алгебры, теории вероятностей и математической статистики, теории линейных цепей, теории ошибок, метод эквивалентных схем, а также методы экспериментальных исследований характеристик СВЧ- радиометров.

Научная новизна работы заключается в разработке новой модификации метода нулевого приема на базе комбинированной импульсной модуляции, теоретическом обосновании и создании на ее основе портативных микроволновых нулевых радиометров с более высокими техническими характеристиками. Результаты, полученные впервые:

1. Развита концепция нулевого метода измерений и ее применение в микроволновых радиометрах, ведущий замысел которой был сформулирован Ryle М., Троицким B.C. Впервые предложен и научно обоснован модифицированный метод нулевого приема на базе комбинированной импульсной модуляции с оригинальным принципом обработки сигналов по низкой частоте, повышающий точность измерений микроволновых радиометров, а также позволяющий выполнить радиометр многодиапазонным, упростить конструкцию и повысить надежность, уменьшить габариты, массу и снизить энергопотребление.

2. Получен алгоритм функционирования следящей системы авторегулирования нулевого баланса изменением длительности широтно-импульсного сигнала, согласно которому на выходе радиометра в первом полупериоде прямоугольной симметричной модуляции производится выравнивание вольт-секундных площадей импульсов периодической последовательности модулированных сигналов после исключения в них постоянной составляющей. Это эквивалентно процедуре выравнивания энергий сигналов на входе приемника радиометра в разные полупериоды модуляции. Тогда, индикатором равенства вольт-секундных площадей импульсов является нулевое напряжение во втором полупериоде модуляции.

3. Установлена линейная связь эффективной шумовой температуры антенны с длительностью модулированного по широтно-импульсному закону опорного генератора шума, которая в общем виде математически описывает работу различных модификаций нулевых радиометров с комбинированной импульсной модуляцией.

4. Согласно предложенной модификации метода нулевого приема разработана в общем виде структурная схема радиометра, которая является базовой схемой для создания различных нулевых радиометров с функциональными и эксплуатационными параметрами, необходимыми для портативных приборов.

5. Получены математические соотношения для определения флуктуаци-онной чувствительности различных типов нулевых радиометров, использующих комбинированную импульсную модуляцию, позволяющие решить прямую и обратную задачи по оценке чувствительности радиометра на стадии его проектирования или вычислить технические характеристики радиометрического приемника по минимальному порогу обнаружения сигнала. Для достижения необходимого радиометрического выигрыша, с одной стороны, и обеспечения оптимальной динамики функционирования следящей системы авторегулирования нулевого баланса и накопления информации, с другой стороны, введены два этапа низкочастотной фильтрации сигналов.

6. Предложены классификация и способы синтеза схем приемных блоков, позволяющие создавать многодиапазонные нулевые радиометры на модифицированном нулевом методе измерений. Разработаны и внедрены в практику три базовые структурные модели входных приемных устройств, отличающиеся динамическим диапазоном измерений, обладающие повышенной температурной и временной стабильностью при простой конструкции.

7. В результате проведенного анализа выявлены основные источники погрешностей различных модификаций нулевых радиометров и получены математические соотношения для инженерного расчета этих погрешностей, что позволяет в дальнейшем либо их учитывать, либо производить компенсацию.

8. Предложены и разработаны технические реализации изменения динамического диапазона измерения в модифицированных нулевых радиометрах, которые заключаются в изменении вида модулирующей функции и комбинаций участвующих в модуляции сигналов. Это приводит к изменению схемы цифрового блока управления, что экономически более целесообразно, чем производить регулировку опорных источников шума во входном блоке радиометра.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенная в диссертации модификация метода нулевого приема позволяет на основе новых схемотехнических решений создавать устройства новой техники — портативные микроволновые модифицированные нулевые радиометры для дистанционных исследований природных сред в натурных условиях.

Предложены и реализованы ряд новых конструкций цифровых нулевых радиометров с комбинированной импульсной модуляцией:

- радиометр с произвольным диапазоном измерения, в котором опорные сигналы формируются одним источником шумовой мощности. Использование одного источника значительно снижает систематическую погрешность системы, повышает стабильность. Радиометр оперативно перестраивается на любой диапазон измерений;

- радиометр для измерения сигналов с низкой эффективной температурой, в котором опорные сигналы формируются с использованием стабильных шумовых генераторов — согласованных тепловых нагрузок и полосовых фильтров. В конструкции "согласованная нагрузка - полосовой фильтр", используя селективные свойства фильтров, удается получить опорный источник шума с низкой эффективной температурой без использования "холодного" активного генератора - высокочастотного малошумящего усилителя. Значительным преимуществом является то, что в математическую модель функционирования радиометра в качестве опорной величины входит только шумовая температура согласованной нагрузки, равная ее кинетической температуре. Измеряя эту температуру прецизионными контактными методами можно осуществить точные абсолютные измерения. Дополнительно снижаются требования к точности термостатирования согласованной нагрузки;

- радиометр с установкой нулевого баланса по низкой частоте. Для этого в низкочастотном тракте обработки выполняется дополнительная модуляция опорного сигнала по широтно-импульсному закону. Преимущества данного способа установки нулевого баланса заключаются в том, что позволяют реализовать нулевой метод в любой выполненной конструкции классического модуляционного радиометра. Для этих целей подходит любой высокочастотный входной блок и приемник модуляционного радиометра, в котором изменению подвергается низкочастотная часть. Специальным алгоритмом калибровочной процедуры радиометр настраивается на любой диапазон измерений;

- двухканальный модифицированный нулевой радиометр. Использование двух, поочередно работающих, приемников позволяет измерять сигнал антенны без пропусков. Это приводит к уменьшению порога обнаружения сигнала и повышению динамических свойств системы.

Полученные результаты несомненно будут стимулировать дальнейшее развитие принципов построения радиометрических систем, создание перепек-, тивных переносных измерительных радиометров нового поколения.

Новизна предложенных технических решений подтверждается патентами РФ и авторскими свидетельствами на изобретения. Практическая значимость работы также подтверждается актами внедрения.

Реализация результатов работы. Комплекс цифровых нулевых СВЧ-радиометров для дистанционных измерений вошел в перечень важнейших научно- исследовательских работ институтов СО РАН.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при дистанционных измерениях излучательных характеристик пресного ледового покрова, мерзлых грунтов, почв. Полученные результаты свидетельствуют о том, что такие измерения полезны для геологии при выявлении подповерхностных структур, в лимнологии при определении степени эвтрофности , биологической активности водоемов. Изучалась динамика сезонного промерзания и оттаивания криогенных систем различного масштаба, что является важным для предупреждения развития криогенных геологических процессов.

Внедрения в практику работ модифицированных нулевых радиометров подтверждены актами, представленными в приложении:

Главного управления природных ресурсов Министерства природных ресурсов России по Читинской области, использование при изучении вариаций содержания экологически важных малых газовых и аэрозольных составляющих атмосферы;

Томского государственного университета, дистанционные исследования излучательных радиотепловых характеристик растительных покровов с целью их идентификации;

Восточного филиала Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов (ВостокНИИВХ), г. Чита, дистанционное определение параметров ледяных покровов рек в зоне антропогенного воздействия;

Томского государственного университета и Читинского государственного университета, применение в учебном процессе методов и разработок диссертационной работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Всесоюзной конференции по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды (Рига, 1986), 21-й Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура" (Ереван, 1989), Всесоюзной конференции "Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов" (Рига, 1989), Международном Форуме th по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2000), 8 International Symposium on Remote Sensing (Toulouse, France, 2001), 1st European Permafrost Conference (Italy, Rome, 2001), 2-й конференции геокриологов России (Москва, 2001), Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления" (Томск, 2002), The InternaiL tional Symposium on Optical Science and Technology. SPIE's 47 Annual Meeting (Seattle, Washington, USA, 2002), 2-й Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики (Томск, 2003), Международной конференции "Современная радиоэлектроника в ретроспективе идей В.А.Котельникова" (Москва, 2003), Всероссийской научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, 2003), 10-й Международной научно-практической конференции "Радиолокация, навигация, связь" (ЯЬМС*2004) (Воронеж, 2004).

Основные положения, выносимые автором на защиту:

1. Авторегулирование длительности широтно- импульсного сигнала управления дополнительным опорным источником шума в первом полупериоде симметричной импульсной модуляции в созданных радиометрах обеспечивает повышение точности измерений эффективной шумовой температуры антенны при условии исключения после квадратичного детектора в модулированной последовательности постоянной составляющей и применения индикатора нулевого баланса, привязанного по времени ко второму полупериоду симметричной импульсной модуляции.

2. При достижении в радиометре нулевого баланса по критерию равенства нулю напряжения во втором полупериоде симметричной импульсной модуляции существует линейная зависимость между шумовой температурой антенны и длительностью широтно-импульсного сигнала дополнительного опорного источника шума в первом полупериоде симметричной импульсной модуляции, инвариантная к коэффициенту усиления измерительного тракта и его собственным шумам.

4. Обобщенная структурная схема радиометра, в основу работы которой положен алгоритм функционирования на базе метода комбинированной импульсной модуляции с авторегулированием нулевого баланса, позволяет проектировать радиометры, обладающие функциональными и эксплуатационными параметрами, необходимыми для портативных приборов, и является базовой схемой для построения нового класса микроволновых радиометрических систем.

5. Результаты теоретического анализа флуктуационной чувствительности радиометров с авторегулированием нулевого баланса на основе комбинированной импульсной модуляции в виде новых математических выражений позволяют решить прямую и обратную задачи по оценке величины минимального порога обнаружения шумового сигнала антенны на стадии структурного синтеза схемы радиометра или выполнить анализ параметров радиометров для заданной чувствительности.

6. Структурная оптимизация приемных входных блоков радиометров привела к выделению трех базовых схем, которые без применения прецизионных регулируемых СВЧ- узлов позволяют создавать многодиапазонные нулевые радиометры на основе метода комбинированной импульсной модуляции с повышенной точностью и стабильностью и с одновременным упрощением конструкции радиометров.

7. Реализация предложенных способов изменения динамического диапазона измерения в модифицированных нулевых радиометрах заключается в варьировании вида модулирующей функции и комбинаций участвующих в модуляции сигналов, что достигается изменением схемы цифрового блока управления, и в совокупности упрощает задачу практического создания радиометров, так как экономически целесообразнее регулировок опорных источников шума на входе радиометра.

Публикации. Всего по результатам выполненных исследований опубликовано 50 научных работ, в том числе: монография, 13 статей в рецензируемых отечественных журналах, включая издания РАН. Приоритет основных технических решений защищен 15 авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 381 страницах машинописного текста, иллюстрируется 81 рисунком, содержит 12 таблиц. Список использованной литературы включает 248 наименований.

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Развита концепция нулевого метода измерений и ее применение в микроволновых радиометрах, предложенная в трудах Ryle М., Троицкого B.C., Аблязова B.C., Башаринова А.Е., Бордонского Г.С., Бородзич Э.В., Волохо-ва С.А., Есепкиной H.A., Карлова Н.В., Кислякова А.Г., Королькова Д.В., Носова В.И., Парийского Ю.Н., Полякова В.М., Рахлина В.Л., Сороченко Р.Л., Струкова И.А., Эткина B.C., Крауса Д.Д., Hardy W.N. др. Ведущий замысел, руководящая идея, трактовка нулевого метода были выдвинуты Ryle М., Троицким B.C.

Предложена и научно- обоснована модификация метода нулевых измерений на базе комбинированной импульсной модуляции с оригинальным алгоритмом функционирования следящей системы авторегулирования нулевого баланса в микроволновых радиометрах.

Предложенная модификация основана на следующем принципе: в низкочастотном тракте радиометра производится выравнивание вольт-секундных площадей импульсов периодической последовательности модулированных сигналов после исключения в них постоянной составляющей. Это эквивалентно процедуре выравнивания энергий сигналов на входе приемника радиометра в смежные полупериоды прямоугольной симметричной импульсной модуляции.

Для осуществления модификации в радиометре необходимыми операциями над сигналами после радиометрического приемника являются: исключение постоянной составляющей, синхронный анализ величины и знака напряжения в заданный интервал модуляции. Данные операции, по сравнению с классическими, значительно упрощают измерительный тракт радиометра после квадратичного детектора.

2. Получена математическая модель функционирования модификации метода нулевых измерений в общем виде, для произвольных модулируемых сигналов, согласно которой сигнал антенны может быть определен косвенно через длительность сигнала, модулируемого по широтно-импульсному закону. В отличии от традиционного метода, предложенная модификация позволяет определять сигналы антенны по длительности широтного импульса без преобразований сигналов в низкочастотном тракте.

3. Синтезирована обобщенная структурная модель модифицированного нулевого радиометра. Показано, что от приемного блока на входе радиометра зависят основные его характеристики - флуктуационная чувствительность, температурная и временная стабильность, диапазон измерений.

4. Предложены три базовые структурные модели входных приемных блоков, с использованием которых рекомендовано построение любых модификаций нулевых радиометров. Базовые конструкции построены по следующим схемам: с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в тракт антенны, с направленным ответвителем и вводом дополнительного опорного сигнала в опорный тракт, с двумя модуляторами.

6. Обобщены схемы и приведена классификация генераторов шума, используемых в радиометрах в качестве опорных источников. Все генераторы поделены на две группы по признаку активности и на четыре подгруппы по вырабатываемой мощности шумов.

7. Выполнен анализ флуктуационной чувствительности модифицированных нулевых радиометров, получены математические модели определения флуктуационной чувствительности радиометров с базовыми входными блоками. Показано, что на минимально обнаруживаемый пороговый сигнал оказывают влияние только шумовые компоненты сигналов, вызванные шумовой природой принимаемых сигналов. Вклад в полную дисперсию флуктуаций коэффициента передачи измерительного тракта ничтожно мал, что хорошо согласуется с более ранними работами по анализу флуктуационной чувствительности нулевых радиометров. Создана методика по определению технических характеристик радиометров, обеспечивающая получение заданного минимального порога обнаружения сигнала. В результате найдено одно из основных соотношений, используемое при проектировании модифицированных радиометров, которое связывает время накопления сигнала и флуктуационную чувствительность.

8. Предложена и теоретически обоснована методика оптимального синтеза приемного блока модифицированного нулевого радиометра, исходными данными для построения которого является диапазон измерений. Путем перебора базовых структур входных блоков, для различных опорных источников шума производится определение флуктуационной чувствительности. Оптимизация производится по минимальному порогу обнаружения антенного сигнала, стабильности используемых генераторов шума, конструктивным особенностям. В ходе оптимизации, используются полученные выражения для расчета чувствительности, соотношения, учитывающие аддитивную и мультипликативную составляющие систематической погрешности (связанные со стабильностью измерений) и погрешности нелинейности передаточной характеристики.

9. Обоснованы два этапа интегрирования и накопления сигнала антенны в аналоговых и цифровых фильтрах и предложена методика определения постоянной времени аналоговых фильтров и времени накопления цифровых кодов при измерении.

10. Теоретически обоснована методика расчета погрешностей модифицированного нулевого радиометра. Показано, что аддитивная и мультипликативная составляющие систематической погрешности связаны с отклонениями выходных сигналов двух опорных источников шума на входе радиометра от номинальных значений, погрешность нелинейности зависит от искажений формы импульсных модулированных сигналов, возникающие после квадратичного детектора. Проведен анализ погрешностей, вызванных нестабильностью опорных генераторов шума и конечным значением постоянной времени схемы исключения постоянной составляющей. Получены формулы, позволяющие рассчитать эти погрешности и в дальнейшем либо их учитывать, либо производить полную или частичную компенсацию.

11. Проведен анализ динамики функционирования следящей системы радиометра и рассчитана погрешность, вызванная задержкой в цепи авторегулирования нулевого баланса. Показано, что постоянную времени аналогового накопительного фильтра необходимо выбирать одинаковой с постоянной времени схемы исключения постоянной составляющей (для постоянной составляющей сигналов она является интегрирующей) для оптимальной динамики работы цепи следящей обратной связи.

12. Предложены два новых способа изменения диапазона измерения в модифицированных нулевых радиометрах. Согласно полученным ранее математическим моделям функционирования модифицированных радиометров, изменение диапазона измерения требует изменений выходных мощностей опорных шумовых сигналов. В предложенных способах это достигается изменением вида модулирующей функции, применением сложного вида импульсной модуляции сигналов, изменением комбинаций, участвующих в модуляции сигналов. При этом не производятся регулировки опорных источников шума, не изменяется высокочастотный блок радиометра. Изменению подвергается только цифровой блок управления радиометром, что отвечает более простой задаче при конструировании и создании радиометра, и экономически более целесообразнее регулировок опорных сигналов во входном узле.

Первый способ изменения диапазона измерения заключается во введении в импульсную последовательность модулированных сигналов дополнительных периодов модуляции, от числа которых зависит размах диапазона измерения (разрешающая способность измерений), от типа - смещение диапазона измерения по термодинамической шкале Кельвина. Показано, что измерения низких эффективных температур антенны (вблизи нуля Кельвина) можно проводить, используя для этих целей различные опорные шумовые источники, включая источники с высокой эффективной температурой.

Во втором способе смещение диапазона измерения достигается специальным видом модулирующей функции. Два опорных сигнала разной интенсивности формируются одним рабочим опорным генератором шума, что снижает систематическую погрешность измерений.

13. Предложены и обобщены некоторые перспективные схемы усовершенствованных современных модифицированных нулевых радиометров:

- схема с произвольным диапазоном измерения, в которой опорные сигналы формируются одним источником шумовой мощности. Использование одного источника значительно снижает систематическую погрешность системы, повышает стабильность. Радиометр оперативно перестраивается на любой диапазон измерений;

- схема для измерения сигналов с низкой эффективной температурой, в которой опорные сигналы формируются с использованием стабильных шумовых генераторов - согласованных тепловых нагрузок, и полосовых фильтров. В конструкции "согласованная нагрузка — полосовой фильтр", используя селективные свойства фильтров, удается получить опорный источник шума с низкой эффективной температурой без использования "холодного" активного генератора - высокочастотного малошумящего усилителя, который обладает меньшей стабильностью. Значительным преимуществом является то, что в математическую модель функционирования радиометра, в качестве опорной величины, входит только шумовая температура согласованной нагрузки, равная ее кинетической температуре. Измерения этой температуры прецизионными контактными методами позволяют осуществить точные абсолютные измерения. Дополнительно, снижаются требования к точности термостатирования согласованной нагрузки;

- схема с установкой нулевого баланса по низкой частоте. Для этого в низкочастотном тракте обработки сигнала выполняется дополнительная модуляция опорного сигнала по широтно-импульсному закону. Преимущества данного способа установки нулевого баланса заключаются в том, что позволяют реализовать нулевой метод в любой выполненной конструкции классического модуляционного радиометра (высокочастотный входной блок и приемник любого модуляционного радиометра подходят для этих целей). Изменением низкочастотной части радиометра и специальным алгоритмом калибровочной процедуры, радиометр настраивается на любой диапазон измерений;

- схема двухканального модифицированного нулевого радиометра. Использование двух поочередно работающих приемников позволяет измерять сигнал антенны без пропусков. Это приводит к уменьшению порога обнаружения сигнала и повышению динамических свойств системы.

14. Разработаны и исследованы новые практические схемы и конструкции микроволновых модифицированных нулевых радиометров. Приведены результаты экспериментальных исследований, примеры применения при дистанционном зондировании природных сред. Основные технические решения имеют патентную защиту в России.

Полученные результаты, несомненно, будут стимулировать дальнейшее развитие принципов построения радиометрических систем, создание перспективных, переносных, измерительных радиометров принципиально нового поколения с использованием теории модификации метода нулевых измерений. Полученные в диссертации методики носят общий характер и могут быть использованы при анализе широкого класса нулевых радиометров. Совокупность полученных результатов является существенным вкладом в решение научно-технической проблемы разработки микроволновых радиометров с улучшенными характеристиками, что несомненно будет способствовать модернизации существующих пассивных радиоэлектронных систем и созданию систем нового поколения.

В заключении выражаю свою искреннюю признательность Сафроно-ву Г.В., Савиных A.M., Рябовой Л.Д., Кубасову В.Н. за помощь, оказанную при изготовлении образцов микроволновых модифицированных радиометров. Выражаю благодарность Бордонскому Г.С., Шестерневу Д.М., в результате многочисленных дискуссий с которыми в разное время сформулировалась часть идей, положенных в основу настоящей работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Богородский В.В., Канарейкин Д.В., Козлов А.И. Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. — Л.: Гидрометеоиздат,1981.-279 с.

2. Качурин А.Г. Методы метеорологических измерений. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 456 с.

3. Богородский В.В., Козлов А.И. Микроволновая радиометрия земных покровов. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 272 с.

4. Арманд H.A., Воронков В.Н., Никитский В.П., Панченко В.А. и др. Перспективы исследований в области дистанционного зондирования Земли ив экологического мониторинга // Радиотехника и электроника. 1998. — Т. 43,9.-С. 1061-1069.

5. Под ред. Казаринова Ю.М. Радиотехнические системы. М.: Высшая школа, 1990.-496 с.

6. Сурин В.Г. Сравнительный метод определения спектральных и излуча-тельных характеристик природных объектов // Приборы и техника эксперимента. 1996. - №2. - С. 138-140.

7. Алексеев П.В., Викторов A.C., Волков A.M., Гончаров А.К. и др. Микроволновый сканирующий радиометр интегрального влажностного зондирования атмосферы (МИВЗА) // Исследования Земли из космоса. 2003. - №5. -С. 68-76.

8. Соломонов C.B., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Спектро-радиометр для дистанционного зондирования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах // Радиотехника и электроника. 2000. - Т. 45, №12. -С. 1519-1525.

9. Кисляков А.Г., Савельев Д.В., Шкелев Е.И., Вакс B.J1. Наблюдения оптически тонких теллурических линий озона в 3-х миллиметровом диапазонедлин волн // Радиотехника и электроника. 1998. - Т. 43, №6. - С. 668-673.

10. Алексеев В.А., Крюков А.Е., Липатов Б.Н., Сизов A.C. Аппаратный комплекс малобазового радиоинтерферометра сантиметрового диапазона с кабельными линиями связи для астрофизических целей // Известия вузов. Радиофизика. 1983. - Т. 26, №11. - С. 1428-1436.

11. Trokhimovski Yu. G., Irisov V. G., Westwater E. R., Fedor L. S. and Leusk V. E. //J. Geophys. Res. -2000. V. 105. - P. 6501-6516.

12. Мухамедяров P.Д., Антошкин B.X. и др. Бортовые радиометры для дистанционного зондирования земных поверхностей // Приборы и системы управления. 1993. №10. - С. 26-31.

13. Соломонович А.Е., Сороченко Р.Л. КропоткинаЕ.П., Лукин А.Н. и др. Спектрорадиометр для наземных исследований атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм // Известия вузов. Радиофизика. 1990. - Т. 33, №4. — С. 403-407.

14. Двоян Г.В., Гулян А.Г., Мартиросян P.M., Пирумян Г.А., Агаджанян

15. A.C. СВЧ- поляриметр с синхронной регистрацией параметров Стокса // Известия вузов. Радиофизика. 2000. - Т. 33, №8. - С. 728-731.

16. Вакс В.Л., Кисляков А.Г., Приползин С.И., Савельев Д.В., Шкелев Е.И. Лабораторный спектроскоп на базе многоканального радиометра // Известия вузов. Радиофизика. 1998. - Т. 41, №7. - С. 904-912.

17. Хохлов A.B., Бровко A.B. Прецизионные дифференциально- коммутационные радиополяриметры СВЧ- и КВЧ- диапазонов. Практические реализации и перспективы использования // Приборы и техника эксперимента. 2000. - №3. - С. 88-97.

18. Гвоздев В.И., Криворучко В.И., Кузаев Г.А., Турыгин С.Ю. Микроволновый радиовизор // Измерительная техника. 2000. - №3. - С. 52-57.

19. Wilson W.J., Howard R.J., Ibbott А.С., Parks G.S., Rickrtts W.B. Millimeter-wave Imaging Sensor // IEEE Trans, on Microwave Teory and Techniques. — 1986. vol. MTT-34, N10. - P. 1026-1035.

20. Богородский B.B. Радиозондирование льда. Д.: Гидрометеоиздат, 1975.-64 с.

21. Башаринов А.Е., Шутко A.M. Определение влажности земных покровов методами СВЧ- радиометрии (обзор) // Радиотехника и электроника. -1978.-Т. 23, №9.-С. 1778-1791.

22. Шутко A.M. СВЧ- радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. -М.: Наука, 1986.

23. Бордонский Г.С. Тепловое излучение ледяного покрова пресных водоемов. Новосибирск: Наука, 1990. - 104 с.

24. Shesternev D.M., Filatov A.V. The remote investigation of criogenic objects with heev been using microwave radiometric complex // 1st European Permafrost Conference. Abstracts. Italy. Rome. 26-28th March 2001. - P. 82.

25. Шестернев Д.М., Филатов A.B. Морозоопасность крупнодисперсных грунтовых систем криолитозоны // Материалы Второй конференции геокриологов России. МГУ им. М.В.Ломоносова. 6-8 июня 2001. — Т.1. - М.: Изд-во МГУ.-2001.-С. 174-179.

26. Шестернев Д.М., Филатов А.В. СВЧ- и ИК радиометрия при изучении криогенных процессов и явлений // Труды Международного Форума попроблемам науки, техники и образования. М.: Академия наук о Земле. - 2000. - Т.2. - С. 106-108.

27. Канаков В.А., Кисляков А.Г. Измерения температуры тела человека контактным радиотермометром со встроенными эталонами // Известия вузов. Радиофизика. 1999. - Т. 17, №2. - С. 168-175.

28. Поляков В.М. Измерения абсолютных термодинамических температур биологических объектов радиофизическим методом // Радиотехника. 1998. -№8. - С. 88-94.

29. Поляков В.М. Измерения абсолютных термодинамических температур биологических объектов радиофизическим методом // Радиотехника. — 1998. -№8.-С. 88-94.

30. Маречек C.B., Поляков В.М., Тищенко Ю.Г. Радиометрические методы исследования температурного режима приповерхностного слоя биоткани // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. - №8. - С. 57-64.

31. Николаев А.Г., Перцов C.B. Радиотеплолокация. — М.: Советское радио, 1964.

32. Башаринов А.Е., Тучков Л.Т., Поляков В.М., Ананов Н.И. Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ- диапазоне. М.: Сов. радио, 1968.-390 с.

33. Цейтлин Н.М. Антенная техника и радиоастрономия. М.: Советское радио, 1976.

34. Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение. М.: Советское радио, 1973. - 229 с.

35. Белоусов А.П., Каменецкий Ю.А. Коэффициент шума. М.: Радио и связь, 1981.-111 с.

36. Дубинский Б.А., Слыш В.И. Радиоастрономия. М.: Советское радио, 1973.- 142 с.

37. Есепкина H.A., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973. - 415 с.

38. Краус Дж. Д. Радиоастрономия. М.: Сов. радио, 1973. - 456 с.

39. Ryle М., Vonberg D.D. An investigation of radio-frequency radiotion from the sun // Proceeding of the Royal Society. 1948. - Vol. 193, N1032. - P. 98-119.

40. Троицкий B.C., Любина А.Г., Золотов A.B. Сравнение тепловых шумов некоторых материалов нулевым методом // Доклады Академии Наук СССР. 1951. -№4. - С. 583-586.

41. Носов В.И., Забытов Ю.М., Лебский O.B., Штанюк A.M. Нулевой двухканальный автоматический радиометр 3- миллиметрового диапазона волн // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. - Т. 31, №7. - С. 785-790.

42. А.С. 1171731 СССР, МКИ3 G01R 29/08. Модуляционный радиометр / B.C. Аблязов. Опубл. в Б.И. №29, 1985. - С. 154.

43. Бунимович В.И. Флюктуационные процессы в радиоприемных устройствах. М.: Сов. радио, 1951. - 362 с.

44. Ван дер Зил А. Флуктуации в радиотехнике и физике. М.: Государственное энергетическое издательство, 1958. - 234 с.

45. Денда В. Шум, как источник информации. М.: Мир, 1993. - 192 с.

46. Dun К. Н. G., Pospieszalski M.W. Ultra-low-noise cryogenic high-electron-mobility transistors // IEEE Transactions on Electron Devices. 1988. - Vol. 35, №3. - P. 249-256.

47. Pospieszalski M.W., Weinreb S., Norrod R.D., Harris R. FETs and HEMTs at cryogenic temperatures their properties and use in low-noise amplifiers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1988. - Vol. 36, №3. -P. 552-560.

48. Weinreb S., Pospieszalski M.W., Norrod R.D. Cryogénie, HEMT, low-noise receivers for 1.3 to 43 GHz range // IEEE MTT Int. Microwave Symp. Dig. -1988. Vol. 2, N4. - P. 945-948.

49. Голышко A.B. // Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. -1991.-№5.-С. 41-43.

50. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. - 188 с.

51. Грачев А.М. Модуляционные радиометры (обзор) // Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника. 1991. - №3. - С. 29-38.

52. Сколник М. Справочник по радиолокации. Т. 4. М.: Сов. радио, 1978. - 375 с.

53. Берлин А.Б., Корольков Д.В., Тимофеева Г.М. Радиометр 4-см диапазона с приемником на туннельных и параметрических усилителях // Приборы и техника эксперимента. 1969. - №3. - С. 146- 148.

54. Хрулев В.В., Самойлов Р.А., Федянцев Б.К. и др. Модуляционный радиометр на волну 1.35см // Известия вузов. Радиофизика. 1978. — Т. 21, №2. -С. 295.

55. Sironi G., Inzani P., Limon M. and Marchioni C. Evaluation of small signais with a differential radiometer (with application to radio observations at 2.5 Ghz) //Meas. SciTechnol.- 1990.-vol. 1,N10.-P. 1119-1121.

56. Гуднов B.M., Зотов В.В., Нагорных JT.M., Сороченко P.JL, Штейншле-гер В.Б. // Радиотехника и электроника. 1970. - Т. 15, №3. - С. 632.

57. Берлин А.Б., Корольков Д.В., Тимофеева Г.М. // Приборы и техника эксперимента. 1969. - №3.

58. Фалин В.В. Радиометрические системы СВЧ. М.: Луч, 1997. - 440 с.

59. Егорычев В.П., Красиков А.В. Радиометр сантиметрового диапазона с повышенной долговременной стабильностью // Известия вузов. Радиофизика. -1979. Т. 22, №11.- С. 1401-1402.

60. Струков И.А., Скулачев Д.П., Балабанов В.М., Бекер В.Э. и др. Бортовые радиометры миллиметрового диапазона длин волн для исследования анизотропии реликтового излучения // Научная аппаратура для космических исследований. М.: Наука, 1987. - С. 87-93.

61. Дугин H.A. О технике и методике прецизионных измерений интенсивности внеземных источников радиоизлучения // Известия вузов. Радиофизика. 2002. - Т. 45, №2. - С. 144-150.

62. Венгер А.П., Ильин Г.Н., Нарытник Т.Н., Потиенко В.П. Приемное устройство ММ диапазона волн // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 10-12 окт. 1985 г. - Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985. - С. 132-133.

63. Maagt De P.J.I., Oerlemans R.A.E., van Gestel J.C.A.M. and Herben M.H.B.J. A novel radiometer receiver stabilization method // Int. J. of Infrared and Millimeter Waves. 1992. - vol. 13, N8. - P. 1075-1097.

64. Троицкий B.C., Любина А.Г., Золотов A.B. Экспериментальное исследование тепловых шумов некоторых проводников // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1953. - Т. 25, №4. - С. 455-462.

65. Прозоров В.А. Низкочастотное выходное устройство модуляционного радиометра // Известия вузов. Радиофизика. 1973. — Т. 16, №5. - С. 716-718.

66. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986. -440с.

67. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. -М.: Мир, 1990.-535с.

68. Вьюцкий B.C. Новый метод измерения весьма малых переменных электрических величин // Радиотехника и электроника. 1958. - №2. - С. 244248.

69. Геворкян В.Г. Кисляков А.Г. Мирзабекян Э.Г. Автоматический нулевой радиометр диапазона длин волн 3-4 мм // Известия вузов. Радиофизика. -1979. Т. 22, №2. - С. 240-242.

70. Бородзич Э.В., Сороченко Р.Л. К вопросу о применении малошумя-щих усилителей в спектральных радиометрах // Известия вузов. Радиофизика. -1963.-Т. 6, №6.-С. 1167-1172.

71. A.C. 783718 СССР. МКИ3 G01R 29/08. Модуляционный радиометр / B.C. Аблязов, A.A. Халдин. Опубл. в Б.И. №44, 1980.

72. Венгер А.П., Ильин Г.Н. Многоканальное приемное устройство дециметрового диапазона волн // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 10-12 окт. 1985 г. - Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985.-С. 226.

73. Радиоастрономическая аппаратура". 10-12 окт. 1985 г. - Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985. - С. 95.

74. Wright А.Е., Nelson G.J., Stewart R.T., Slee O.B. // Proc. ASA. 1986. -N6(14).-P. 512-516.

75. Harrington R.F., Lawrence R.W. An airborne multiple-beam 1.4 GHz pushbroom microwave radiometer // IGARSS'85. 7-9 oct. 1985. - P. 601-606.

76. Lawrence R.F., Harrington R.F., Higdon N.S. Flight test evaluation of a noise injection Dicke microwave radiometer employing digital signal processing // IEEE Int. Microwave Symp. Dig. June 15-17 1982. - New York. - MTT-S. -P. 90-92.

77. Аблязов B.C., Арманд H.A., Быданцев В.П. и др. Поляризационные измерения радиоизлучения Земли в диапазоне 2.2 см, выполненные с помощью спутников "Интеркосмос -20, -21 // Исследование Земли из космоса. 1988. -№1. - С. 75-80.

78. Карапетян В.Р., Нагдалян Э.А. Квазинулевой модуляционный радиометр // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 10-12 окт. 1985 г. - Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985. -С. 255-256.

79. Лехт Е.Е. Спектральный приемник метрового диапазона волн // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". — 10-12 окт. 1985 г.-Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985.-С. 90-91.

80. Башаринов A.E, Поляков B.M. и др. Под ред. А.Е. Башаринова. СВЧ излучение низкотемпературной плазмы. М.: Сов. радио, 1974. - 256 с.

81. Рассадовский В.А., Горячев Н.К. Двухчастотный радиометр диапазона 1.35см // Известия вузов. Радиофизика. 1983. - Т. 26, №7. - С. 895-896.

82. Orhaur Т. and Waltman W. Switched Load Radiometer // Publ. Natl. Radio Astron. Obs. vol. 1, 1962. - P. 179-204

83. A.C. 1330587 СССР. МКИ3 G01R 29/08. Модуляционный радиометр / Г.Г. Айвазян, A.M. Асланян, А.Г. Гулян, М.А. Зограбян. Опубл. в Б.И. №30, 1987.-С. 207.

84. А.С. 1524687 СССР. МКИ3 G01R 29/08, G01S 13/95. Модуляционный радиометр / П.В. Артюхов, В.И. Ведищев, П.П. Ермолов и др.

85. А.С. 1354950 СССР. МКИ3 G01R 29/08, 29/26. Модуляционный радиометр / С.А. Долганов, В.В. Мусатов, Г.Е. Оганесян.

86. Гулян А.Г., Долганов С.А., Мусатов В.В. Обработка сигнала в низкочастотном тракте модуляционного радиометра // Тез. докл. XXI Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 19-21 окт. 1989. - Ереван. - С. 297-298.

87. Асланян A.M., Гулян А.Г., Карапетян В.Р., Мартиросян P.M., Нагдалян Э.М. Радиометр с модуляцией коэффициента усиления // Известия вузов. Радиофизика. 1987. - Т. 30, №7. - С. 919-922.

88. Асланян A.M., Гулян А.Г., Карапетян В.Р. Мартиросян P.M., Нагдалян Э.М. Калибровка модуляционного радиометра // Известия вузов. Радиофизика. 1990. - Т. 33, №7. - С. 782-787.

89. Мурза Л.П. Синтез инвариантного радиометра Дикке // Радиотехника и электроника. 1985. - Т. 30, №7. - С. 1329-1334.

90. Hach J. // IEEE Trans. 1968. - MTT-16, N9. - P. 629-636.

91. Мурза Л.П., Мусатов B.B. Синтез инвариантного двухполяризацион-ного радиометра // Радиотехника и электроника. 1990. - Т. 35, №1. - С. 229232.

92. Айвазян Г.Г., Асланян A.M., Гулян А.Г. и др. АЦП для обработки сигналов модуляционного радиометра // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 10-12 окт. 1985. - Ереван. - С. 68.

93. Ворсин H.H., Милицкий Ю.А., Шаинский В.М., Эткин B.C. // Приборы и техника эксперимента. 1988. - №2. - С. 103.

94. A.C. 1113762 СССР. МКИ3 G01S 13/95. Модуляционный радиометр /

95. B.П. Вьюгинов, С.П. Гинеотис, Г.Г. Щукин.

96. Вакс В.Л., Гайкович К.П., Резник А.П. Ближнее тепловое поле и возможности его использования для глубинной температурной диагностики сред // Известия вузов. Радиофизика. 2002. - Т. 45, №1. - С. 8-25.

97. Троицкий B.C. // Известия вузов. Радиофизика. — 1981. Т. 24, №9.1. C. 1054.

98. A.C. 1105832 СССР. МКИ3 G01R 29/08. Модуляционный радиометр СВЧ- диапазона / B.C. Аблязов, К.Т. Мурзабулатов. Опубл. в Б.И. №28, 1984.

99. Рахлин В.JI. Метод регулируемого подшумливания для исключения ошибок радиотермометра, вызванных рассогласованием антенны с телом // Известия вузов. Радиофизика. 1984. - Т. 27, №9. - С. 1204-1206.

100. Троицкий B.C. Рахлин B.JI. Нулевой медицинский радиотермометр на волну 30 сантиметров (радиометр с автоматически регулируемым подшум-ливанием антенны) // Известия вузов. Радиофизика. 1987. - Т. 30, №11. -С. 1397-1399.

101. Павлова JI.C., Поляков В.М. Точность измерения интегральных глубинных температур объектов методами СВЧ радиометрии // Известия вузов. Радиофизика. 1987. - Т. 30, №3. - С. 435-437.

102. Рахлин B.JL, Зубов Т.С., Куприянова И.А., Гетманцева И.А. Радиотермометр 60-сантиметрового диапазона волн и некоторые результаты его применения в медицинской диагностики // Известия вузов. Радиофизика. — 1989. Т. 32, №5. - С. 557-561.

103. Холодимов H.H., Квартериников С.Б. Остаточная погрешность автоматической компенсации "нечерноты" объекта измерения в медицинском контактном радиотермометре // Техника средств связи. Серия: Радио измерительная техника. 1991. - №1. - С. 56-63.

104. Холодимов H.H. Влияние изменений температуры окружающей среды на погрешность контактного радиотермометра с выносным датчиком // Техника средств связи. Серия: Радиоизмерительная техника. — 1991. №2. — С. 75-80.

105. A.C. 1617387 СССР. МКИ5 G01R 29/08. Радиометр / B.C. Гаевский, C.B. Маречек, Ю.В. Мешков, Ю.Н. Муськин, В.М. Поляков. Опубл. в Б.И. №48, 1990.

106. A.C. 1626205 СССР. МКИ5 G01R 29/08. Радиометр / B.C. Гаевский, C.B. Маречек, Ю.В. Мешков, Ю.Н. Муськин, В.М. Поляков. Опубл. в Б.И. №5, 1991.

107. A.C. 1626210 СССР. МКИ5 G01R 29/26. Модуляционный радиометр / B.C. Гаевский, C.B. Маречек, Ю.В. Мешков, Ю.Н. Муськин, В.М. Поляков. -Опубл. в Б.И. №5, 1991.

108. A.C. 1626211 СССР. G01R 29/26. Модуляционный радиометр / B.C. Гаевский, C.B. Маречек, Ю.В. Мешков, Ю.Н. Муськин, В.М. Поляков. -Опубл. в Б.И. №5, 1991.

109. A.C. 587416 СССР. МКИ3 GO 1R 29/26. Компенсационный радиометр / A.A. Горбачев, В.И. Данилов. Опубл. в Б.И. №1, 1978. - С. 138.

110. A.C. 1337832 СССР. МКИ3 G01R 29/26. Компенсационный радиометр / С.А. Волохов. Опубл. в Б.И. №34, 1987. - С. 184.

111. Кисляков А.Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М. Введение в радиоастрономию. Часть 2. Техника радиоастрономии. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 1996. - 156 с.

112. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир, 1986. -339 с.

113. Ворсин H.H., Милицкий Ю.А., Шаинский В.М., Эткин B.C. Реализация предельной чувствительности модуляционных СВЧ-радиометров // Известия вузов. Радиофизика. 1987.-Т. 30, №8.-С. 931-938.

114. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2000. - 383с.

115. Радиотехника: Энциклопедия / Под ред. Ю.Л. Мазора, Е.А. Мачус-ского, В.И. Правды. М.: Додэка-21, 2002. - 944с.

116. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1986.

117. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2003.-462с.

118. A.C. 1704107 СССР. МКИ3 G01R29/08. Нулевой радиометр / A.B. Филатов, Г.С. Бордонский (СССР) 4708980/09; заявл. 22.06.1989; опубл. 07.01.1992. - Бюл. №1. - С. 182.

119. Филатов A.B., Бордонский Г.С., Сафронов Г.В. Метод нулевого приема в радиометрах // Тез. докл. на XXI Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 19-21 окт. 1989. - Ереван. - С. 301-302.

120. Филатов A.B. Радиометр с широтно-импульсной модуляцией опорных сигналов // Республиканский сборник "Радиофизика и исследование свойств вещества". 1990. - Омск. - С. 79-85.

121. Филатов A.B. Модифицированный метод нулевого приема в сверхвысокочастотном радиометре // Приборы и техника эксперимента. 1996. - №3. -С. 87-92.

122. A.C. СССР 1594692, МГПС7 Н03М 1/48. Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления / A.B. Филатов (СССР) — 4499018/24-24; заявл. 27.10.1988; опубл. 23.09.1990. Бюл. №35. - С. 269.

123. Филатов A.B. Следящий аналого-цифровой преобразователь // Приборы и техника эксперимента. 1990. - №5. - С. 110-114.

124. Филатов A.B., Шестернев Д.М. Микроволновые нулевые радиометры для исследования экосистем. Якутск: ИМЗ СО РАН, 2003. - 152 с.

125. Бордонский Г.С., Филатов A.B. Нулевой радиометр с широтно-импульсной модуляцией опорного сигнала и цифровым выходом // Известия вузов. Радиофизика. 1992. - Т. 35, №8. - С. 652-662.

126. Зборовский B.C., Самойлов P.A., Морозова O.K., Федянцев Б.К., Хрулев В.В. Малогабаритная низкочастотная часть модуляционного радиометра с дистанционным пультом управления // Приборы и техника эксперимента. 1979. - №4. - С. 284.

127. Варельджян A.B., Тохмахян М.Г. Низкочастотный тракт радиометра // Приборы и техника эксперимента. 1984. - №1. - С. 142-146.

128. Айвазян Г.Г., Асланян A.M., Гулян А.Г. Об использовании идеального интегратора в радиометре // Известия вузов. Радиофизика. 1988. — Т. 31, №8. - С. 903-906.

129. Троицкий B.C. Троицкая Ю.И., Сырейщиков В.П. Использование переменного усреднения в радиометрических измерениях. 1989. - Т. 32, №9. -С. 1166-1168.

130. Кужель В.И., Шум А.Н. Синхронный усилитель с оптронной развязкой // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1998. - №4. - С. 79-80.

131. Булатов Д.В., Формозов Б.С. Малогабаритный двухмодульный НЧ блок радиометра // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 10-12 окт. 1985 г. - Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985.-С. 223-224.

132. Филатов A.B. Блок управления широтно-импульсной модуляцией опорных сигналов в сверхвысокочастотном радиометре // Приборы и техника эксперимента. 1997. - №2. - С. 69-73.

133. Ланцов А.Д., Зворыкин JI.H., Осипов И.Ф. Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1983. - 220 с.

134. Шкелев Е.И., Савельев Д.В., Кисляков А.Г. Система управления спектрорадиометром 3-миллиметрового диапазона длин волн // Приборы и техника эксперимента. 2000. - №4. - С. 65-71.

135. Шкелев Е.И., Ястребов И.П., Шулешов А.О. Блок цифрового анализа для радиоспектрометра 3-х миллиметрового диапазона длин волн // Приборы и техника эксперимента. — 2002. №4. — С. 92-96.

136. A.C. 1409953 СССР. МКИ3 G01R 29/08. Модуляционный радиометр / С.А. Волохов, С.Я. Корсаков, A.A. Кочетов. Опубл. в Б.И. №26, 1988. -С. 155.

137. Ипатов A.B., Берлин А.Б. Низкочастотное выходное устройство радиоастрономического приемника с синхронным интегратором // Известия вузов. Радиофизика. 1973. - Т. 16, №5. - С. 712-715.

138. Фрейтер. Синхронный интегратор и демодулятор // Приборы для научных исследований. 1965. - Т. 36, №5. - С. 53-57.

139. Шило B.JI. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов. радио, 1979. - 368 с.

140. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. JL: Энергоатомиздат, Ленинград, отделение, 1988. - 278 с.

141. Карлов Н.В. К вопросу о паразитной модуляции // Радиотехника и электроника. 1956. - №6. - С. 852-860.

142. Бункин Ф.В., Карлов Н.В. К вопросу о чувствительности радиометров. Часть 1 // Журнал технической физики. 1955. - Т. 25, №3. - С. 430-435.

143. Бункин Ф.В., Карлов Н.В. К вопросу о чувствительности радиометров. Часть 2 // Журнал технической физики. 1955. - Т. 25, №4. - С. 733-741.

144. Аблязов B.C., Попов Е.И. К вопросу о чувствительности радиометра * субмиллиметрового диапазона // Известия вузов. Радиофизика. 1967. - Т. 10,6.-С. 654-657.

145. Аблязов B.C. Оценка флуктуационной чувствительности измерительного приемника с модуляцией по УПЧ // Известия вузов. Радиофизика. — 1967. Т. 10, №6. - С. 768-773.

146. Кисляков А.Г. О предельной чувствительности модуляционного радиометра // Известия вузов. Радиофизика. 1978. - Т. 21, №3. - С. 448-450.

147. Антюфеев В.И., Султанов A.C. Оптимальная структура и предельная чувствительность радиометра с нестабильным коэффициентом усиления // Известия вузов. Радиофизика. 1988. - Т. 31, №2. - С. 142-148.

148. Носов В.И. Чувствительность автоматического нулевого радиометра // Межвуз. сб. "Радиоизмерительная аппаратура для решения задач ЭМС РЭС". 1990. - Изд-во: Горький. - С. 4-14.

149. Кисляков А.Г., Кисляков Г.А. О пороговом сигнале в радиометрах // Межвуз. сб. "Радиоизмерительная аппаратура для решения задач ЭМС РЭС". — 1990. Изд-во: Горький. - С. 19-25.

150. Кисляков А.Г. Температурное разрешение микроволновых радиометров // Известия вузов. Радиофизика. 1997. - Т. 15, №7. - С. 824-835.

151. Мурза Л.П. Уточненная формула чувствительности компенсационного радиометра // Радиотехника и электроника. 1981. - Т. 26, №11. - С. 24692471.

152. Сарычев В.А. От ряда Котельникова к интегралу Фурье и ряду Фурье

153. Радиотехника. 2003. - №6. - С. 46-49.

154. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1983. - 312 с.

155. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.:1. Мир, 1989.-540 с.

156. Бендат Дж. Основы теории случайных шумов и ее применение . М.: Наука, 1965.-463 с.

157. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. — М.: Мир, 1974.-464 с.

158. Рытов С.М., Введение в статистическую радиофизику. М.: Наука, 1966.-404 с.

159. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., и др. Введение в статистическую радиофизику. М.: Наука, 1976. - 463 с.

160. Гуднов В.М. Зотов В.В., Нагорных JI.M., Сороченко Р.Л., Штейн-шлейгер В.Б. Исследование аномальных низкочастотных шумов квантового парамагнитного усилителя // Радиотехника и электроника. 1970. - Т. 15, №3. -С. 632-633.

161. Лапидус А.Д. О выборе частоты модуляции в радиометре // Радиотехника и электроника. 1989. - Т. 34, №9. - С. 1986-1989.

162. Малахов А.Н. Флюктуации коэффициента усиления ламповых усилителей // Радиотехника и электроника. 1957. - №4. - С. 438-449.

163. Кисляков А.Г. О чувствительности корреляционного измерителя // Известия вузов. Радиофизика. 1958. - Т. 1, 34. - С. 81-89.

164. Клаассен. К. Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000. - 260 с.

165. Pero К.Г. Метрологическая обработка результатов технических измерений (справочное пособие). Киев: Техника, 1987. - 127 с.

166. Тетерич Н.М. Генераторы шума и измерение шумовой характеристики. М.: Энергия, 1968. - 214 с.

167. Пантыкин C.B., Чернов В.В. Широкополосный генератор шума большой мощности на основе линейного транзисторного усилителя // Электронная техника. Серия: Электроника СВЧ. 1988. - №7. - С. 44.

168. Бутакова C.B. Апертурные шумовые излучатели в микроволновой радиометрии // Зарубежная радиоэлектроника: Успехи современной радиоэлектроники. 1997. - №4. - С. 3-26.

169. Вайсблат A.B. Методы калибровки и поверки медицинских радиотермометров // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. - №1. -С. 49-54.

170. Наливайко Б.А., Берлин A.C., Божков В.Г., Вейц В.В., и др. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник. Томск: МГП "РАСКО", 1992. - 223 с.

171. Перов С.Я., Гулян А.Г. Генератор шума с p-i-n аттенюатором // Тез. докл. XVII Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". -10-12 окт. 1985 г. Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1985. - С. 273.

172. Симонян P.A., Джамгарян Р.Н., Григорян К.В., Торикян Д.Э. Генератор стабильного излучения // Тез. докл. XXI Всесоюзной конференции "Радиоастрономическая аппаратура". 19-21 окт. 1989 г. - Ереван: Изд-во Акад. наук Арм. ССР, 1989.-С. 23-24.

173. Гусятинер М.С., Горбачев А.И. Полупроводниковые сверхвысокочастотные диоды. М.: Радио и связь, 1983. - 224 с.

174. Розанов С.Б., Платонов Ю.М., Лукин А.Н., Соломонов C.B. Охлаждаемые квазиоптические поглощающие нагрузки для радиометров коротковолновой части миллиметрового диапазона волн // Радиотехника и электроника. 1999. - Т. 44, №3. - С. 359-365.

175. Frater R.H., Williams D.R. An active "cold" noise source // IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques. 1981. - MTT-29, N4. - P. 344-347.

176. Бережной В.А. Низкотемпературный генератор шума // Электронная техника. Серия: Электроника СВЧ. 1989. - №10. - С. 46-47.

177. Немлихер Ю.А., Рукавицын А.Ф., Струков И.А. Транзистор источник низкотемпературного СВЧ-шума // Радиотехника и электроника. - 1998. -Т. 43, №5.-С. 603-608.

178. Топольницкий В.Н. Генерация "холодного" шума сверхвысокочастотным транзистором // Радиотехника и электроника. 2002. - Т. 47, №12. -С. 1513-1516.

179. Адерихин В.И., Дорофеев A.A., Топольницкий В.Н., Уздин Р.И. Расчет шумовой температуры транзисторных низкотемпературных генераторов шума СВЧ // Измерительная техника. 2002. - №2. - С. 59-64.

180. Индык В.И., Михайлов Е.И., Нырко A.A. Миниатюрные стабилизаторы тока для питания мощных ЛПД // Электронная техника. Серия: Электроника СВЧ. 1990. - №4. - С. 54-57.

181. Филатов A.B. Способы реализации модификации метода нулевого приема в сверхвысокочастотных радиометра // Радиотехника и электроника. — 2003. Т.48, №7. - С. 888-894.

182. Патент 2168733 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Сверхвысокочастотный радиометр / Д.М. Шестернев, A.B. Филатов (РФ) -2000103379/09; заявл. 10.02.2000; опубл. 10.06.2001. Бюл. №16.

183. Патент 1838793 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) 4936463/09; заявл. 05.01.1992; Бюл. №32, 1993.-С. 350.

184. Филатов A.B. Сверхвысокочастотный радиометр с расширенным диапазоном измеряемых сигналов // Приборы и техника эксперимента. 2000. -№2. - С. 89-95.

185. Патент 2093845 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08, G01S 13/95. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) 5057798/09; заявл. 05.08.1992; опубл. 20.10.1997. - Бюл. №29.

186. Филатов A.B. Использование полосовых фильтров для реализации модификации нулевого метода измерений // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2004. - №4. - С. 73-89.

187. Патент 2211455 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08, G01S 13/95. Радиометр / A.B. Филатов (РФ) 2002111041/09; заявл. 24.04.2002; опубл. 27.08.2003. - Бюл. №24.

188. Алексенко А.Г., Колобет Е.А. Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. М.: Радио и связь, 1985. - 256 с.

189. Шляндин В.M. Цифровые измерительные устройства. М.: Высшая школа, 1981.-335 с.

190. Филатов A.B. Автономное измерительное устройство с автокоррекцией систематических погрешностей // Приборы и техника эксперимента. -1988.-№4.-С. 67-69.

191. Ремез Г.А. Курс основных радиотехнических измерений. — М.: Связь, 1966.-423 с.

192. A.C. СССР 1720160, МПК7 НОЗМ 1/48. Аналого-цифровой преобразователь / A.B. Филатов (СССР) 4782972/24; заявл. 16.01.1990; опубл. 15.03.1992. - Бюл. №10. - С. 214.

193. Патент 2025743 Российской Федерации, МПК7 G01S 13/95. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) 5031315/09; заявл. 19.03.1992; опубл. 30.12.1994. - Бюл. №24. - С. 155.

194. Филатов A.B. Метод изменения диапазона измерений в свч- радиометрах с широтно-импульсной модуляцией опорного сигнала // Известия вузов. Радиофизика. 1996. - Т. 39, №8, - С. 1057-1064.

195. Патент 2220426 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Модуляционный радиометр / Д.М. Шестернев, A.B. Филатов (РФ) 2002111037/09; заявл. 24.04.2002; опубл. 27.03.2003. - Бюл. №36. - С. 155.

196. Филатов A.B. Блок управления изменением диапазона измерений в сверхвысокочастотном радиометре // Приборы и техника эксперимента. 1999. - №1. - С. 69-75.

197. Щелкунов Н.И., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. М.: Радио и связь, 1989. - 288 с.

198. Филатов A.B. Мобильный СВЧ- радиометрический комплекс // Доклад на 2-ой Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики. 15-17 апреля 2003. - Томск: ТУ СУР. -С. 242-247.

199. Патент 2172476 Российской Федерации. МГПС7 JOIK 1/10. Инфракрасный радиометр / Д.М. Шестернев, A.B. Филатов, В.Н. Кубасов (РФ) -99126546/28; заявл. 14.12.1999; опубл. 28.08.2001. Бюл. №23.

200. Filatov A.V. Implementation of zero measurements method modification in microwave radiometer // 8th International Symposium on Remote Sensing. 1721 sept 2001. - Toulouse, France, - vol. 4540.

201. Филатов A.B. Микроволновые радиометры высокой точности // Доклад на Всероссийской научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления". 21-23 окт. 2003. - Томск: ИОА СО РАН, 2003. -С. 107-108.

202. Патент 2124213 Российской Федерации, МПК7 G01R 29/08. Нулевой радиометр / A.B. Филатов (РФ) 96109120/09; заявл. 30.04.1996; опубл. 27.12.1998.-Бюл. №36.

203. Веселов Г.И., Егоров E.H., Алехин Ю.Н. и др. Под ред. Г.И. Веселова. Микроэлектронные устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1998. - 280 с.

204. Мазепова О.И., Мещанов В.П., Прохорова H.H. и др. Под ред. A.A. Фельдштейна. Справочник по элементам полосковой техники. М.: Связь, 1979. - 336с.

205. Клич С.М. Проектирование СВЧ- устройств радиолокационных приемников. М.: Сов. радио, 1973. - 319 с.

206. Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Под ред. В.И. Вольмана. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. М.: Радио и связь, 1982. - 328 с.

207. Филатов А.В. Сверхвысокочастотный радиометр с последетекторной широтно-импульсной модуляцией // Приборы и техника эксперимента. 2002. - №1. - С. 80-86.

208. Патент 2187824 Российской Федерации, МПК7 G01R29/08. Модуляционный радиометр / А.В. Филатов (РФ) 2001105687/09; заявл. 27.02.2001; опубл. 20.08.2002. - Бюл. №23.

209. А.С. 1239641 СССР. G01R 29/08. Калибратор СВЧ- радиометра / А.Г. Горелик, С.А. Кочеров, Ю.А. Фролов. Опубл. в Б.И. №23, 1986. - С. 174.

210. Buchholz F-I, Kessel W., Melchert F. Noise power measurements and measurement uncertainties // IEEE Trans, on Instrumentation and Measurement. -1992. vol. 41, N4. - P. 476-481.

211. Xu Wen Tian, Yand Chuan Tao. Microwave radiometer calibration and its error analysis // Digest Conference on precision electromagnetic measurements. CPEM'88. 1988. - Tsukuba. - S. 1. - P. 390-391.

212. Стадник Б.И., Грибок Н.И., Зорий В.И. Цифровые портативные тер-морезистивные термометры // Приборы и системы управления. 1990. - №1. -С. 26-28.

213. Carver K.R. Microwave remote sensor calibration // New Mexico State University Engineering Research center. 12-16 sept. 1983. - C. 589-599.

214. Hardy W.N. Precision temperature reference for microwave radiometer // IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques. 1973. - MTT-21. - N3. - P. 149150.

215. Пелюшенко C.A., Миллер M.E. К вопросу об измерении коэффициента отражения радиопоглощающих покрытий в диапазоне метровых волн // Известия вузов. Радиофизика. 1988. - Т. 31, №4. - С. 489-492.

216. Комяк В.А., Шило С.А., Левада A.C., Яцевич С.Е. Особенности наземной калибровки бортовых радиометрических систем с антеннами больших размеров // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1999. - №12. - С. 10-15.

217. Саворский В.П., Арманд H.A., Мильшин A.A. Экспериментальная методика восстановления эффективной диаграммы направленности антенны бортового радиометра методом локальной регуляризации // Радиотехника и электроника. 2000. - Т. 45, №10. - С. 1210-1213.

218. Алмазов-Долженко К.И., Виноградов Ю.П., Установка для оценки флуктуационной чувствительности // Электронная техника. Серия: Электроника СВЧ. 1988. - №7. - С. 45-47.

219. Шевцов Б.Н., Алмазов-Долженко К.И., Паляев B.C., Пантыкин C.B. Автоматизация измерения флуктуационной чувствительности радиометров с оценкой достоверности результатов // Электронная техника. Серия: Электроника СВЧ. 1990. - №2. - С. 33-36.

220. Грановский В.А., Сырая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 287 с.

221. Бережной В.А., Полищук В.И. Установка для прецизионного измерения малых ослаблений СВЧ- мощности методом замещения на низкой частоте // Электронная техника. Серия: Электроника СВЧ. 1989. - №9. — С. 60-61.

222. Башаринов А.Е. Нарышкин А.К. Радиолокационные системы с точки зрения теории массового обслуживания (учебное пособие). М.: 1975. - 32 с.

223. Гранков А.Г., Милыиин A.A. Влияние термодинамической температуры антенно- фидерного тракта аэрокосмических сверхвысокочастотных радиометрических систем на измеряемую антенную температуру // Радиотехника и электроника. 2002. - Т. 47, №3. - С. 303-307.

224. Волохов С.А., Кочетков A.A. О чувствительности радиометров с автокомпенсацией собственных шумов // Препринт НИРФИ. Горький. - 1988. -№264. - 22с.

225. Кондратьев К.Я. Глобальные изменения климата: данные наблюдений и результаты численного моделирования // Исследование Земли из космоса. 2004. - №2. - С. 61-96.

226. Бордонский Г.С., Кренделев Ф.П., Поляков C.B. Газовые включения в озерных льдах и радиояркостная температура ледового покрова // Геология и геофизика. 1985. - №9. - С. 66-672.

227. Бордонский Г.С., Крылов С.Д., Поляков C.B. Особенности радиояркости пресного ледяного покрова, содержащего газовые включения // Исследование Земли из космоса. 1992. -№5. - С. 13-21.

228. Бордонский Г.С., Крылов С.Д. Изменение радиояркости пресного ледяного покрова в течение зимнего периода // Известия АН СССР. Серия: Физика атмосферы и океана. 1993. - Т. 29, №6. - С. 842-847.

229. Бордонский Г.С., Золотарева Л.Н., Крылов С.Д. Оценка пространственного распределения высшей водной растительности по радиотепловому излучению ледяного покрова в СВЧ- диапазоне // Исследование Земли из космоса. 1994. - №3. - С. 96-102.

230. Бордонский Г.С., Крылов С.Д., Гурулев A.A. Оценка минерализации пресных водоемов по радиотепловому излучению ледяного покрова // Исследование Земли из космоса. 2002. - №4. - С. 91-96.