автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Радиометрическая система с компенсацией мультипликативного влияния слоя осадков на антенне

На правах рукописи

РОСТОКИН ИЛЬЯ НИКОЛАЕВИЧ

РАДИОМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С КОМПЕНСАЦИЕЙ МУЛЬТИПЛИКАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ СЛОЯ ОСАДКОВ НА АНТЕННЕ

Специальность: 05.12.14 — Радиолокация и радионавигация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Муромском институте (филиале) Владимирского государственного университета

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Федосеева Е.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Лукин Д.С!

кандидат технических наук, доцент Старых А.В.

Ведущая организация:

Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского

Защита состоится " 5 " октября 2006 г. в " 15 " часов в ауд. 3-302 на заседании диссертационного Совета Д 223.011.02 в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульвар, 20, МГТУ ГА

Автореферат разослан " 16 " августа 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Д 223.011.02,

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Радиометрическое исследование атмосферы представляет собой достаточно мощное средство, обладающее точностью и оперативностью, и позволяющее судить о количественном соотношении излучающих компонент в атмосфере. Получаемая информация необходима для исследования пространственной структуры и эволюции облаков в целях прогноза погоды; урожая и опасных явлений, а также для решения задач экологии, гидрологии и природопользования, что является одним из актуальных направлений дистанционного зондирования окружающей среды. Проведенные исследования показывают принципиальные возможности и перспективы развития методов и аппаратуры радиометрического исследования атмосферы. При проведении измерений в условиях выпадения гидрометеоров основные параметры антенн радиометрических систем сантиметрового диапазона длин волн сильно изменяются, что приводит к значительным ошибкам и вносит в результаты измерений неопределенность.

В процессе радиометрических измерений имеют место внешние аддитивные и мультипликативные помеховые воздействия. Аддитивное влияние , на входной сигнал обусловлено фоновым излучением, принимаемым из угловой области рассеяния антенны и ее собственным шумовым излучением, а также увеличением приведенной ко входу приемного устройства температуры шума, вызванного собственным тепловым радиоизлучением слоя снега, льда или воды.

Недетерминированное изменение характеристик антенны (коэффициент рассеивания антенны и ее КПД), величины которых определяют уровень выходного сигнала, является результатом внешнего мультипликативного помехового влияния в радиометрических системах. Формирование на поверхности зеркальной антенны слоя гидрометеоров (снега, льда или воды), электрические свойства которых существенно отличаются от свойств отражателя антенны, вызывают ослабление уровня полезного сигнала на входе радиометрического приемника за счет снижения коэффициента отражения от подобного трехслойного образования.

Целый ряд функциональных элементов, входящих в состав радиометрических систем, может служить источником внутреннего помехового мультипликативного влияния. Наводки по цепям питания, флуктуации напряжений питания и параметров основных элементов усилителей приводят к флуктуациям амплитуды и фазы усиливаемых колебаний.

С целью увеличения достоверности и точности радиометрических измерений необходимо обеспечить стабильность работы радиометрических систем в сложных метеорологических условиях при воздействии как внешних, так и внутренних помехообразую-щих факторов.

Разработка методов компенсации помехового влияния слоя осадков на результаты радиометрических измерений, позволяющая повысить точность оценки параметров исследуемого объекта в сложных метеоусловиях, является одной из актуальных задач радиометрии. ■

Использование радиометрической системы, позволяющей осуществить схемную компенсацию помехового влияния слоя осадков, может оказаться более предпочтительным, с точки зрения точности и оперативности проведения исследований, по сравнению с радиометрическими системами, содержащими комплекс вспомогательных средств и средств вычислительной техники, осуществляющих контроль данных помехообразую-щих факторов с последующей корректировкой результатов измерений.

Цели и задачи диссертационной работы. Цель настоящей работы заключается в разработке радиометрической системы с компенсацией помехового влияния слоя осадков на поверхности антенны,' позволяющей повысить точность оценки полезного информационного сигнала при радиометрических наблюдениях в сложных метеорологических условиях.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

— анализ источников и результатов воздействия мультипликативных 1юмех на точность радиометрических измерений, при проведении дистанционного зондирования в сложных метеорологических условиях;

— оценка возможностей известных методов компенсации влияния мультипликативных помех на результаты радиометрических измерений;

— разработка и обоснование метода компенсации помехового влияния слоя осадков на результаты радиометрических измерений с реализацией пространственного разрешения информационного сигнала;

— разработка структурной схемы радиометрической системы, реализующей метод компенсации помехового влияния слоя осадков, при использовании внешнего эталонного пилот-сигнала для оценки изменения параметров антенной системы с последующим выполнением операции деления сигналов;

— разработка макета радиометрической системы, содержащей СВЧ-радиометр, реализующий метод внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением, двухмодо-вую зеркальную антенну и прикладное программное обеспечение;

— экспериментальное исследование разработанного метода с помощью лабораторных и натурных испытаний.

Методы исследования. В данной работе использованы методы математического и физического моделирования, аналитический аппарат технической электродинамики, численные методы расчета и анализа, а также методы экспериментального исследования разработанной радиометрической системы.

Научная новизна работы состоит в том, что проработаны вопросы повышения точности радиометрических измерений в условиях воздействия помехового мультипликативного влияния слоя осадков на поверхности зеркальной антенны, для чего впервые:

— разработан метод внешнего эталонного пилот-сигнала с пространственным разрешением, позволяющий компенсировать помеховое влияние Слоя осадков, сформированного на поверхности антенны;

— определены основные принципы реализации разработанного метода компенсации, заключающиеся в инжекции внешнего двухуровневого эталонного пилот-сигнала, с последующей реализацией процедуры разностно-относительного измерения шумового сигнала;

— разработана двухканальная радиометрическая система, реализующая метод внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением информационного и помехового сигналов;

— проведено экспериментальное исследование предложенной радиометрической системы в условиях выпадения и формирования слоя осадков на антенне;

— проведена оценка погрешности компенсации помехового влияния слоя осадков (дождь и снег) в двухканальной радиометрической системе.

На защиту выносятся:

— оценка мультипликативного влияния слоя осадков на точность результатов радиометрических измерений;

— результаты сравнительного анализа существующих методов компенсации мультипликативного помехового влияния на точность радиометрических измерений, основанных на инжекции шума в антенный тракт, делении сигналов и поляризационном разрешении;

— метод компенсации мультипликативного влияния слоя осадков на поверхности антенны, основанный на использовании внешнего эталонного пилот-сигнала с пространственным разрешением информационного и помехового сигналов;

— схема радиометрической системы с компенсацией влияния слоя осадков, реализующая предложенный метод;

— результаты экспериментальных исследований радиометрической системы, подтвердившие возможность компенсации данного вида помехового влияния, с помощью разработанного метода.

Практическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе, определяется возможностью создания на базе проведенных исследований и разработок, радиометрической системы с компенсацией мультипликативного влияния слоя осадков на антенне, предназначенной для исследования атмосферы в сложных метеоусловиях, необходимой для оценки характеристик водо- и влагосодержания облаков и для других научных и прикладных задач. Результаты диссертационной работы использовались при проведении научно-исследовательских работ на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" Муромского института ВлГУ.

Реализация. Исследования и практические разработки, приведенные в диссертационной работе, являются частью научно-исследовательских работ, выполненных в рамках . гранта Президента РФ по поддержке молодых российских учёных и ведущих научных . школ Российской Федерации (2004-2005гг., код НШ-1793.2003.5).

Полученные в работе результаты вошли в отчеты по НИР (госбюджетных), проводимых на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" Муромского института ВлГУ с 2002 по 2005 год.

Результаты исследований и их практической отработки были внедрены в Научно-исследовательском центре дистанционного зондирования атмосферы (г. С.-Петербург), на Муромском заводе радиоизмерительных приборов и в учебном процессе Муромского института Владимирского государственного университета.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. XII Всероссийская школа-конференция. "Дифракция и распространение волн". (Москва, 2001г.).

2. XXVIII Гагаринские чтения (Москва, 2002г.).

3. III Всероссийская конференция, посвященная памяти Г. Г. Самойловича "Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве" (Москва, 18 - 19 апреля 2002г.).

4. XX Всероссийская конференция по распространению волн. - (Н. Новгород, 2002г.).

5. Всероссийская научная конференция — семинар. "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром 1-3 июля 2003г.).

6. II Всероссийская конференция. "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами". (С. - Петербург 16-18 июня 2004г.).

7. II Всероссийская научная конференция — семинар. "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром 4-7 июля 2006г.).

8. Ежегодные научно-технические конференции Муромского института Владимирского государственного университета (2002 - 2006гг.).

Основное содержание работы опубликовано в 14 работах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, включая 12 статей, 2 тезиса докладов. Исследования и разработки отражены в 3 отчетах о госбюджетных НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 11 таблиц. Библиография включает 111 наименований. В приложении представлены документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные задачи исследований, приведено краткое содержание работы.

В первой главе диссертации проведен анализ мультипликативных помех, присутствующих при радиометрических измерениях, а также проанализировано их влияние на точность радиометрических измерений.

В первом разделе проведена краткая классификация помех присутствующих в работе радиометрических систем по своему происхождению, типу и способу воздействия на различные функциональные элементы радиометрической системы.

Выделяют аддитивные помехи (помехи, добавляющиеся к полезным сигналам) и мультипликативные помехи (помехи, вызывающие нелинейные искажения полезных сигналов). Мешающее действие аддитивной помехи проявляется независимо от присутствия или отсутствия сигнала на входе радиометрического приемника. При действии аддитивной помехи результирующий сигнал на входе приемника может быть представлен в виде суммы нескольких независимых составляющих — сигнальной и нескольких помеховых. Мешающее Действие мультипликативной помехи ПрОЯВ- Рисунок 1 ляется при наличии полезного сигнала. Виды мультипликативных помех, наиболее часто присутствующих при радиометрических измерениях приведены на рисунке 1.

Во втором разделе рассмотрены причины возникновения мультипликативных помех, обусловленных внешними дестабилизирующими факторами.

Одной из причин возникновения внешних мультипликативных помех в радиометрических системах, является недетерминированное изменение характеристик антенны (коэффициента рассеивания антенны и ее КПД) радиометрической системы, величины которых задают уровень всех составляющих сигнала.

Формирование на поверхности зеркальной антенны слоя снега, льда или воды, электрические свойства которых существенно отличаются от свойств отражателя антенны,

По промся видению

По способу ■оад л йств ии

На при«мни*

-с

Флуктуации дэфф. усилении

—I Дрейф нуля

I Флуктуации напр.

По способу воздействия

Выпадение 1 гид ром вт воров |

1 Коррозийный слой 1

ч поверхности |

вызывают ослабление уровня полезного сигнала на входе радиометрического приемника за счет снижения коэффициента отражения от подобного трехслойного образования.

Антенна, как источник собственного радиошумового излучения, является одним из элементов радиометрической системы, формирующим систематическую погрешность, которая в стационарных условиях измерений остается постоянной величиной, поддающейся учету. Ситуация ухудшается, если шумовое излучение антенны становится случайно изменяющейся функцией. Такое возникает, например, при формировании на поверхности антенны инородного слоя с изменяющимися электрофизическими параметрами: коррозионный слой, загрязнение поверхности антенны, слой осадков.

В третьем разделе рассмотрены причины возникновения мультипликативных помех, обусловленных внутренними дестабилизирующими факторами.

Целый ряд функциональных элементов входящих в состав радиометрических систем может служить источником внутренних мультипликативных помех. Наводки по цепям питания, флуктуации напряжений питания и параметров основных элементов усилителей приводят к флуктуациям фазы и амплитуды усиливаемых колебаний. Дополнительными источниками внутренних мультипликативных помех являются флуктуации частоты местного гетеродина и фазовые искажения сигнала в смесителях.

Требования к стабильности параметров аппаратуры часто бывают очень жесткими, поскольку обычно необходимо измерять мощность источника в присутствии посторонней мощности, которая более чем в 100 раз сильнее, то изменение усиления радиометрического приемника менее чем на 1% приводит к ложному отклонению уровня сигнала на выходе приемника, которое будет сопоставимо с отклонением, вызванным измеряемым источником.

В четвертом разделе проанализировано мультипликативное влияние слоя осадков и нестабильности коэффициента усиления приемника на точность радиометрических измерений.

Влияние внешних мультипликативных помех проявляется при проведении радиометрических измерений в условиях выпадения осадков, когда в результате смачивания и образования слоя осадков на зеркале, изменяются отражательные свойства поверхности антенны радиометрической системы, и дополнительно появляется составляющая, обусловленная собственным тепловым излучением слоя осадков.

Как известно, приращение антенной температуры, обусловленное слоем осадков на поверхности зеркала антенны, имеет вид

где Л,г21 - коэффициент отражения по мощности от трехслойного образования (воздух - вода - металл антенны); Гзл-температура шумов данного образования, приведенная к входу радиометрической системы.

Наличие слоя осадков на антенне вызывает как аддитивное Тш, так и мультипликативное Д,21 воздействие на информационный сигнал Та. Анализ данного выражения показывает, что в общем случае возможно приращение антенной температуры как отрицательное, так и положительное под действием слоя осадков на поверхности антенны, в зависимости от преобладающего влияния уменьшения отражательных свойств или прироста антенной температуры за счет собственного шумового излучения слоя осадков.

На рисунках 2-5 приведены данные численного моделирования влияния слоя осадков при измерениях в трехсантиметровом диапазоне при 20% ширине частот принимаемого излучения.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента отражения от поверхности зеркальной антенны, покрытой слоем осадков: воды(1), снега (2) и льда(З)

Рисунок 4 - Зависимость погрешности определения яркостной температуры зондируемого объекта (1-ЗОК, 2-ЗООК, 3-500К) при наличии слоя льда на поверхности зеркала от толщины этого слоя

.. - ......

..... 1

2

;

Рисунок 3 - Зависимость погрешности определения яркостной температуры зондируемого объекта (1-ЗОК, 2-ЗООК, 3-500К) при наличии слоя воды на поверхности зеркала от толщины этого слоя

Рисунок 5 - Зависимость погрешности определения яркостной температуры зондируемого объекта 11 -ЗОК, 2-ЗООК, 3-500К) при наличии слоя снега на поверхности зеркала от толщины этого слоя

Анализ полученных данных показывает, что в первую очередь погрешность радиометрических измерений зависит от фазового состояния слоя осадков. При наличии слоя воды на поверхности антенны наблюдаются сильные осцилляции коэффициента отражения антенны и яркостной температуры излучения слоя осадков. Амплитуда осцилляций максимальна при малых значениях толщины слоя воды, что может наблюдаться, например, при начинающемся дожде. При наличии слоя снега и льда коэффициент отражения с увеличением толщины слоя с небольшими колебаниями постоянно уменьшается, а собственная яркостная температура слоя осадков постоянно увеличивается, причем для снега эти зависимости являются более крутыми при изменении толщины слоя осадков.

Полученные данные показывают случайный характер влияния на результаты измерений толщины и состава слоя осадков. При температурах на входе антенны до ЗООК наблюдается положительная по знаку погрешность измерений, т.е. преобладает составляющая, обусловленная собственным излучением слоя осадков. При дальнейшем повышении значения температуры на входе антенны, т.е. при наблюдении высокотемпературных объектов, знак погрешности может измениться на отрицательный, в связи с более значимым влиянием уменьшения коэффициента отражения. Полученные данные не учитывают возможных изменений физических параметров слоя осадков в процессе проведения измерений, а также возможные неоднородности при формировании слоя осадков на вогнутой поверхности зеркала, что может еще в большей степени повлиять на случайный характер изменений антенной температуры радиометрической системы.

Характер внутреннего помехового мультипликативного влияния нестабильности коэффициента усиления приемника на точность измерения радиометрической системы, существенным образом зависит от схемы ее построения.

Наиболее подвержены этому влиянию компенсационные радиометры. В них для снижения влияния внутренних мультипликативных помех на точность измерений вы-

полняют дифференциальные измерения, в результате которых находится разность напряжения пропорционального мощности шумов антенного сигнала и напряжения, пропорционального мощности шумов эталонного источника.

В случае модуляционного метода компенсация внутренних мультипликативных помех осуществляется путем пропускания через радиометрический приемник эталонного шумового сигнала, создаваемого согласованной нагрузкой. Разделение полезного и компенсирующего сигналов в этом случае осуществляется по временному принципу, с достаточно малым периодом коммутации. При этом постоянные составляющие паразитного сигнала, присутствующие в полезном и компенсирующем сигналах, оказываются одинаковыми и уничтожаются при вычитании одного сигнала из другого.

Применение периодической калибровки радиометрической системы позволяет снизить степень влияния флуктуаций коэффициента усиления, путем подключения ко входу источника сигнала известной интенсивности. Этот способ является достаточно эффективным при периодических и относительно кратковременных наблюдениях, когда за промежуток времени между калибровками параметры аппаратуры не успевают значительно измениться. Непрерывная калибровка реализуется в радиометрах с пилот-сигналом. С повышением чувствительности радиометрической системы возможности наблюдений слабых источников радиотеплового излучения в значительной степени определяется флуктуациями антенной температуры радиометра.

Во второй главе диссертации проанализированы существующие методы компенсации влияния мультипликативных помех на точность радиометрических измерений.

Эффективным методом выделения информационной составляющей антенной температуры является осуществление компенсационных методов при построении радиометрических систем, предусматривающих адекватное относительное измерение уровня выходного сигнала при воздействии мультипликативных помех. Для выполнения указанной корректировки в радиометрической системе должно быть предусмотрено формирование дополнительного эталонного сигнала пропорционального величине действующих на входе системы помех. Наиболее распространены следующие методы формирования компенсирующего сигнала: метод инжекции шума в антенный тракт; метод автокомпенсации; метод деления сигналов; метод поляризационной селекции.

В первом разделе рассмотрен метод компенсации мультипликативного влияния нестабильности коэффициента усиления приемника, основанный на инжекции шума в антенный тракт.

Для устранения этого влияния используют контроль параметров радиометрического приемника посредством калибровок, или подмешивания к измеряемому излучению компенсирующего сигнала, что позволяет контролировать текущую величину коэффициента передачи приемника непосредственно в процессе измерения. Данный метод предусматривает использование в цепи обратной связи высокотемпературного генератора шума с радиояркостной температурой в несколько тысяч градусов Кельвина, включенного через направленный ответвитель в антенный тракт. Наличие узлов усреднения на выходе радиометрического приемника дает возможность регулирования уровня инжектируемого в антенный тракт излучения, импульсной модуляцией опорного генератора шума.

В данном методе, наряду с внутренней модуляцией суммарного излучения, принимаемого антенной и инжектируемого через направленный ответвитель, в радиометрическом приемнике также присутствует модуляция опорного генератора шума, реализуемая схемой обратной связи.

Недостатком данного метода является высокое значение необходимой частоты модуляции опорного генератора шума, существенно превышающей частоту внутренней

модуляции. Это обстоятельство приводит к тому, что длительность фронта импульса инжекции шума в антенный тракт становится соизмеримой с длительностью самого сигнального импульса. В результате чего уменьшается стабильность опорного генератора шума и увеличивается ошибка измерения.

Во втором разделе проведен анализ метода автокомпенсации, основанного на использовании опорного сигнала, сформированного из собственных шумов радиометрической системы, при наличии трех полосовых фильтров, формирующих два канала прохождения сигнала.

Частотные характеристики первого и второго полосовых фильтров определяют канал с шириной полосы &/с для прохождения измеряемого сигнала и собственных шумов, а третий полосовой фильтр пропускает только собственный шум без измеряемого сигнала (компенсационный сигнал) в полосе Л/0/7, причем полосы л/с и Д/оя не перекрываются. Работа данного метода основана на предположении, что флуктуации собственных шумов одинаковы в обоих каналах.

Основное преимущество радиометрической системы, реализующей данный метод, по сравнению с другими типами радиометрических систем заключается в том, что нестабильность параметров основных функциональных узлов радиометрической системы (преобразователя, гетеродина, МШУ) не столь существенно влияет уровень выходного сигнала, однако внешнее мультипликативное влияние слоя осадков на антенне остается нескомпенсированным.

В третьем разделе проанализирован метод компенсации влияния внутренних мультипликативных помех, основанный на делении сигналов.

Данный вариант получения компенсирующего сигнала, основан на использовании эталонного контраста, благодаря которому в специально организованном компенсационном канале радиометрической системы, определяется коэффициент передачи приемника. Далее выходной сигнал измерительного канала делится на сигнал компенсирующего канала, пропорциональный текущему значению коэффициента передачи приемника радиометрической системы.

Для компенсации мультипликативного влияния флуктуаций коэффициента усиления необходимо фиксировать не разность полезного и компенсирующего сигналов, как в обычном модуляционном радиометре, а отношение оценок мощности антенного и компенсирующего сигналов. Для реализации данной измерительной процедуры в рассмотренном методе предложено использовать радиояркостный контраст двух эталонных источников, по значению которого оценивается коэффициент усиления радиометрического приемника.

В четвертом разделе рассмотрен метод, в котором для цели разделения информационного и помехового сигналов предложено использовать поляризационную селекцию, с поляризационным фильтром в виде сетки параллельных проводников, устанавливаемым перед апертурой антенны. В соответствии с данным методом, двухуровневый эталонный шумовой пилот-сигнал вводится в приемный тракт радиометра через антенную систему посредством двух дополнительных облучателей, имеющих вектор поляризации, перпендикулярный вектору поляризации основного облучателя.

Основным недостатком метода является то, что дополнительный внешний сигнал, подвергающийся помеховому воздействию, формируется на ортогональной основному каналу поляризации, что может вносить дополнительные погрешности измерения, а также наличие одного генератора опорных напряжений требует выполнения жестких условий синхронизации при приеме двух входных сигналов в радиометре.

В пятом разделе проведена оценка структурных схем радиометрических систем реализующих выше перечисленные методы компенсации влияния мультипликативных помех.

Подставляя выражения для шумовой температуры каждой из рассмотренных схем в формулу для определения флуктуационной чувствительности, исследуется характер изменения данной величины в зависимости от величины флуктуаций коэффициента усиления приемника и от величины флуктуаций коэффициента отражения антенны для каждого из методов. На рисунках 6-8 отражены результаты моделирования данных зависимостей, в таблице 1 приведены характеристики схем радиометрических систем, реализующих различные методы компенсации влияния мультипликативных помех.

А <11

<5

1 ____¿4—-—

.......... / /X ' ; * .....* . j

£ он

ч

ч I

- ^ '! ;

----- . ........

....... | "г--.

. г----- ! 4-Х:

• Я» МШ IV» 200 1$0 700 ?М 400 4» МО Т«ми«Е»17Р» иппту. Га|К|

Рисунок 6 - Теоретическая зависимость флуктуационной чувствительности от величины сигнала антенны, для различных методов компенсации мультипликативных помех: 1-метод инжекции шума в антенный тракт, 2-метод автокомпенсации, 3-метод деления сигналов, 4-метод поляризационной селекции

Фптгтукинм *«->+

Рисунок 8 - Теоретическая зависимость флуктуационной чувствительности от величины флуктуаций коэффициента усиления приемника, для различных методов компенсации мультипликативных помех

Таблица 1 - Сравнительные характеристики структурных схем РМС, реализующих различные методы компенсации мультипликативных помех

Метод Днапаюн ншерений, К ФлустуациОННаЯ «уястянтельностъ, К Флуктуации моффнинентя усиления Флуктуации коэффициент» отражения

Икжскцнк Шуя» 50+300 300*500 0,058+0.09 0.09+0.12 Ю'+Ю' Ю'+Ю-* 0.32+0,70 0.70 + 0,99

Лвтоком> iKHCtmiM 50+300 300+500 0,03+0.088 0.099+0.12 !! 0,10+0.95 0.95+0.99

Деления снгнялоя 50+300 300+500 0,026+0,085 0,085+0.10 Ю'+Ю41 ucVo* 0.05+0,78 0.78+0,90

Пялярни-цнонный 50+300 300+500 0.02+0.06 0.06+<|.07 Ю'+Ю'" 10J+I0'' 0.10+0.85 0.85+0.95

Рисунок 7 - Теоретическая зависимость флуктуационной чувствительности от величины флуктуаций коэффициента отражения антенны, для различных методов компенсации мультипликативных помех

Все вышеперечисленные методы требуют усложнения радиометрической системы, либо в части приемника, как в методах автокомпенсации и деления сигналов, либо антенной системы как в методе поляризационной селекции, но они не приводят к полной компенсации мультипликативных помеховых компонент антенной температуры. Поэтому необходима разработка специальных решений, позволяющих осуществить схемную компенсацию мультипликативного влияния слоя осадков и флуктуаций коэффициента усиления на результаты радиометрических измерений.

В третьей главе диссертации проведена разработка метода внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением, позволяющего скомпенсировать влияние как внешних, так и внутренних мультипликативных помех на точность радиометрических измерений; предложена схемная реализация радиометрической системы, реализующей дан-

ный метод; разработан алгоритм обработки радиошумового сигнала с использованием данного метода.

В первом разделе на основе анализа выражения, моделирующего антенную температуру системы, произведена разработка метода компенсации мультипликативных помех в радиометрических системах.

Как известно, выражение для антенной температуры Та с учетом разделения ее на информационную Тил и помеховую составляющую Тпа имеет следующий вид = тил + Тпл ;ТИА = Тг.7 (1 - Р)Т,ТПА = ТФрП + Г0(1 -

где Г/77 и Тф — радиояркостные температуры, усредненные по главному лепестку и области рассеивания ДН соответственно, р — коэффициент рассеивания антенны, т)— КПД антенны, Т0 - термодинамическая температура антенны.

При проведении измерений в условиях выпадения осадков отклик антенны радиометрической системы содержит составляющие, обусловленные помехообразующим действием слоя осадков, формируемого на поверхности антенны. Влияние данного помехо-вого фактора проявляется двояким образом: во-первых, изменяются отражательные свойства зеркала, во-вторых, имеет место приращение антенной температуры за счет собственного шумового излучения слоя осадков.

Антенная температура радиометрической системы в условиях выпадения осадков может быть записана следующим образом

Т'А = Тгл( \-PWi +ТФРЧГ2 +7о{[1->Й]+/З},

где/], /ь /з — факторы влияния, характеризующие относительное изменение составляющих антенной температуры.

Для факторов влияния с учетом того, что, в первом приближении ДН зеркальной антенны в области рассеивания может быть представлена суммой краевых волн, формируемых контуром раскрыва, отражательные свойства которого в связи с вогнутостью поверхности зеркала, могут быть приняты неизмененными, были получены следующие выражения

, £> . , О . г „2 . О _ 1 .

/| = «321 тг> Л =-=7» Л -Л321> — -—£=2-"V——>

—2

где Лз21 — усредненное по поверхности зеркала значение коэффициента отражения от трехслойного образования воздух - слой осадков - металл; И и V — коэффициенты усиления антенны соответственно при отсутствии и наличии слоя осадков на поверхности антенны.

При реальных значениях Тг|2| в диапазоне от 1 до 0.9, относительное измерение коэффициента усиления антенны составляет 0,02. Таким образом, с допустимой степенью погрешности может быть принято

/, = Лз21; /2 »1; /, = Л321.

Тогда мультипликативное помехообразующее действие слоя осадков на поверхности антенны будет проявляться в основном в относительном изменении уровня информационной составляющей выходного сигнала.

Оценка данного воздействия, с соответствующей корректировкой значения информационной составляющей антенной температуры, может быть осуществлена по ее воздействию на заданный эталонный пилот-сигнал. Таким образом, радиометрическая система должна содержать два дополнительных канала: канал формирования компенсирующего сигнала и канал формирования эталонного сигнала.

Канал формирования компенсирующего сигнала представляет собой дополнительный антенный канал приема с функцией направленности, характеризуемой малым значе-

нием принимаемой мощности в области главного лепестка и адекватной функцией направленности основного измерительного канала в области рассеивания. Он может быть реализован в двухканальной зеркальной антенне содержащей двухмодовый облучатель.

Для оценки величины мультипликативного воздействия слоя осадков эталонный пилот - сигнал, сформированный в основном антенном канале, излучается в сторону зеркала, а дополнительный канал осуществляет его прием.

Величина антенной температуры на входе дополнительного антенного канала может быть записана в следующем виде

где Т3 - эталонный пилот-сигнал, излучаемый основным антенным каналом.

Таким образом, в предложенном варианте радиометрической системы на входе приемника будут иметь место два сигнала: информационный и эталонный, подвергшиеся одинаковым помеховым воздействиям. Система должна обеспечить выполнение операции нахождения разности между входными сигналами обоих каналов и операцию нахождения отношения для исключения мультипликативного влияния слоя осадков.

Антенна радиометрической системы представляет собой зеркальную параболическую антенну (диаметром 1000 мм), с облучателем работающим в двухмодовом режиме. На рисунке 9 показана структурная схема антенного устройства и схема прохождения сигналов.

Двухмодовый облучатель выполнен на основе круглого волновода, к которому подключены два волноводных канала, причем первый антенный канал (А1) в совокупности с круглым волноводом является выходом антенны, возбужденной на волне Нц, кроме ТОГО, В первый Рисунок 9 - Схема антенного устройства канал через направленный ответвитель (НО) вводится двухуровневый эталонный пилот-сигнал Тэ1 и ТЭ2, а второй антенный канал (А2) является выходом антенны, возбужденной на волне Е0/, а также принимает отраженный от зеркала эталонный пилот-сигнал.

Во втором разделе предложена структурная схема радиометрической системы, реализующей метод внешнего эталонного пилот-сигнала с пространственным разрешением.

Радиометрическая система представленная на рисунке 10 содержит: параболическую зеркальную антенну с двухмодовым облучателем (ДО), расположенным в фокусе зеркала.

1ДПЛШЬ

щ

Рисунок 10 - Структурная схема радиометрической системы Рисунок 11 - Временные

диаграммы напряжений

При этом энергия помехонесуших сигналов, поступающих в антенный канал (А2), приблизительно равна энергии помехонесуших сигналов, поступающих через боковые лепестки в антенный канал (А1). Антенный канал А1 через направленный ответвитель

(НО) соединен с модулятором (М2). К боковому плечу НО через модулятор (М1) подключен источник высокостабильного шумового сигнала (ГШ), который предназначен для облучения зеркала антенны, и согласованная нагрузка (СН). Ко второму плечу модулятора (М2) подключен вспомогательный антенный канал А2, который кроме помехоне-сущего сигнала принимает отраженный зеркалом эталонный пилот-сигнал. Выход модулятора М2 соединен последовательно с приемно-усилительным блоком (ПУБ), усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и квадратичным детектором (КД). Выход квадратичного детектора через предварительный усилитель низкой частоты (ПУНЧ), подключен к двум синхронным детекторам (СД1) и (СД2).

Модулирующее напряжение на модулятор М2 и опорное напряжение на синхронный детектор СД1 формируется генератором опорных напряжении (ГОН1), а модулирующее напряжение на модулятор М1 и опорное напряжение на синхронный детектор СД2 формируется генератором опорных напряжений (ГОН2).

За счет амплитудной модуляции модуляторами М1 и М2 с некратными частотами модуляции сигналы, полученные от основного и дополнительного каналов, приобретают признак, по которому они после усиления и преобразования общим ПУБ, квадратичного детектирования в КД и предварительного усиления по низкой частоте в ПУНЧ могут быть разделены с помощью двух синхронных детекторов СД1 и СД2, на которые подаются управляющие опорные напряжения от ГОН1 и ГОН2 соответственно. Выходы СД1 и СД2 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подключены к измерителю отношений (ИО).

Основные соотношения, описывающие работу системы следующие:

— напряжение на выходе первого синхронного детектора СД1 пропорционально разности [«3217* + {Т6ок + П321)] - [1<п\Т;ср + <Тоок + П321)] = л|21(Гя - Тхр) ;

— напряжение на выходе второго синхронного детектора СД2 пропорционально разности \.Кг2\Т-Л +(7бда + 71321>]-[й3217"э2 + (Тбок +^321)] = ^21(^1 ~ Тэ2) !

— выходной сигнал системы на выходе измерителя отношений ИО пропорционален

отношению и = и-'СД{ = = т.

- и.шСД 2 ЛД,(Гз|-Гз2) Тл —

Следовательно, в выходном сигнале радиометрической системы отсутствуют составляющие мультипликативного влияния «321 слоя осадков на поверхности антенны.

В третьем разделе приведен алгоритм восстановления уровня информационного сигнала в двухканальной радиометрической системе с использованием метода внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением.

При проведении экспериментальных исследований, для восстановления уровня информационного сигнала, необходимо:

— на выходе СД1 скорректировать уровень сигнала на величину

А и, ~ Т-х-р (котр —ка]Г1р),

где ТХР— средняя температура двухуровневого эталонного источника, ¿^—коэффициент отражения основного канала двухмодового облучателя, коэффициент развязки между каналами двухмодового облучателя;

— на выходе СД2 скорректировать уровень сигнала на величину

где ГЭ| и ТЭ1 — два уровня эталонного пилот-сигнала;

— на выходе измерителя отношений, напряжение регулируется на величину

ду Гэг, (кпероси — kni.ptllm )

(ГЭ1 - " ТЭ1)к„ ер

.доп

где и - коэффициент передачи основного и дополнительного каналов

двухмодового облучателя соответственно;

— калибровочный коэффициент для регистрирующего устройства имеет вид

^ = (ТЭ1 —Тэ j ,

— при выполнении указанных корректировок выходной сигнал системы описывается следующим выражением Тл = k(Ullo + A(Jllo).

В четвертой главе приводятся результаты лабораторных и натурных испытаний макета радиометрической системы с компенсацией мультипликативного влияния слоя осадков. Экспериментальные исследования имели целью проверку теоретических положений, сформулированных в третьей главе, оценку возможностей технической реализации разработанного метода.

В первом разделе приведены технические характеристики и состав измерительного комплекса, в который входят: радиометр, персональный компьютер и прикладное программное обеспечение. Радиометр представляет собой радиометрический приемник трехсантиметрового диапазона, реализующий метод внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением. Конструктивно радиометр выполнен в виде двух блоков -СВЧ и НЧ, а также блоков управления и питания. Входное устройство СВЧ - блока собрано на волноводах стандартного сечения 23x10 мм. В качестве основы СВЧ - блока радиометра был использован серийный конвертер фирмы GARDINER. Аналоговая информация об измеряемом шумовом, сигнале, формируемая на выходе приемного устройства блока низкой частоты (БНЧ), а также информация о температуре согласованной нагрузки от датчика температуры (ДТ) поступают на блок сопряжения с ЭВМ. Это устройство по-■ следовательно опрашивает входные каналы и преобразует аналоговый сигнал в цифровой код. Сигналы со всех измерительных каналов поступают на быстродействующий 10 -разрядный АЦП. Программа регистрации данных радиометрических измерений обеспечивает функционирование радиометрической системы, и поддерживает следующие режимы работы: предварительную подготовку к измерениям; проведение измерений; нахождение отношения входных сигналов; поддержание базы данных с результатами измерений; визуализацию, просмотр и документирование результатов измерений; визуализацию результатов в виде графиков; возможность распечатки результатов измерений.

■ Во втором разделе разработана и изложена методика проведения исследований, целью которых являлось определение характера влияния слоя осадков на поверхности антенны, на точность радиометрических измерений и экспериментальная оценка возможности и степени компенсации данного влияния. С целью определения характера данного влияния, было проведено экспериментальное исследование приема микроволнового теплового излучения в условиях выпадения дождя и снега.

В третьем разделе проведен анализ полученных результатов и дана количественная оценка степени компенсации мультипликативного влияния слоя осадков.

Влияние слоя осадков на точность радиометрических измерений в основном заключается в ослаблении уровня сигнала на входе радиометра за счет снижения коэффициента отражения от подобного образования, и в увеличении приведенной ко входу радиометрической системы шумовой температуры, вызванном собственным тепловым радиоизлучением слоя снега, льда или воды.

На рисунках 12 - 13 приведены уровни выходных сигналов двухканапьной РМС с - компенсацией влияния слоя осадков (снег и дождь) на различных областях поверхности

антенны, а на рисунках 14-15 одноканальной РМС при тех же условиях измерений, количественные оценки сигналов отражены в таблице 2.

1 цвктр« 1 ■ краю мраат г-...,

Рисунок 12 - Влияние слоя снега на различных областях Рисунок 14 - Влияние слоя снега на различных об-зеркалъной антенны на уровень выходного сигнала двухка- ластях зеркальной антенны на уровень выходного сигнала нальной РМС

^ Ik ййШк^ы^У-гтт- - -4т

щт^

Т" IT" 1" Г"1 'Г|1Г' ' ' п г". |'г'

одноканальной РМС

L'^iuMI

Рисунок 13 - Влияние смачивания различных областей зеркальной антенны на уровень выходного сигнала двухка-нальной РМС

Рисунок 15 - Влияние смачивания различных областей зеркальной антенны на уровень выходного сигнала одноканальной РМС

Таблица 2 - Погрешность определения антенной температуры

Влияние слон снега на различных участках антенны

Область влияния Двухканальная РМС Одноканальная РМС

Т.. К СКО.К ¿¡г..% Т., К <rJ С КО, К |

Чистая антенна 407 29,6 5,44 - 404 24,3 4,93 -

Центральная область 356 10,3 3,21 12,7 295 65,7 8,10 26,8

Боковая область 349 17,6 4,20 14,3 289 71,4 8,45 28,4

Вся поверхность 297 28,6 5,35 27,3 233 35,9 5,99 42,2

Влияние слоя дождя на различных участках антенны

Чистая антенна 400 33,3 5,76 _ 404 22,1 4,70 _

Центральная область 398 54,6 7,38 ■ 1,25 371 15,7 3,96 8,21

Боковая область 366 49,8 7,05 8,65 318 26Д 5,12 21,37

Вся поверхность 347 ■ 56,6 7,52 13,23 293 36,6 6,05 27,51

В проведенных измерениях значение погрешности определения антенной температуры, обусловленное мультипликативным влиянием слоя твердых осадков (снег) составляет 26,8-42,2%, жидких (дождь) - 8,2-27,5%, в разработанной радиометрической системе аналогичное помеховое влияние составляет 12,7-27,3% и 1,3-13,2% соответственно.

В четвертом разделе приведен анализ основных областей применения, типов метеообъектов и методов измерения разработанной радиометрической системы.

Данная радиометрическая система предназначена для определения характеристик водо - и влагосодержания облаков в условиях оседания гидрометеоров атмосферы на поверхность антенны и позволяет исключить неопределенность в интерпретации результатов измерений, вызванную приращением антенной температуры, обусловленным слоем осадков на поверхности зеркала антенны.

Предлагаемая радиометрическая система позволяет проводить следующие измерения: абсолютный метод измерения (мощности радиотеплового излучения однородной атмосферы, величины радиояркостного контраста метеообъекта); относительный метод измерения (угломестных разрезов для однородной атмосферы, азимутальных разрезов для метеообъектов, имеющих радиояркостный контраст на фоне однородной атмосферы).

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе выполнения диссертационной работы были получены следующие основные результаты:

— проанализировано влияния слоя осадков, формируемого на поверхности антенны, при проведении дистанционного зондирования в сложных метеорологических условиях на точность радиометрических измерений;

— рассмотрены и оценены основные методы компенсации мультипликативного влияния на результаты радиометрических измерений, а также примененные в них способы формирования и прохождения эталонного сигнала;

— разработан метод компенсации помехового влияния слоя осадков на поверхности антенны, основанный на использовании пространственного разрешения информационного и помехового сигналов с последующей реализацией разностно-относительной процедуры измерения;'

— представлена структурная схема и алгоритм работы радиометрической системы реализующей метод внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением;

— разработан и изготовлен макет радиометрической системы, в состав которой входят: СВЧ-радиометр трехсантиметрового диапазона, двухканальная антенная система и прикладное программное обеспечение;

— проведена экспериментальная проверка предложенной радиометрической систе-мь1^ с целью определения степени компенсации мультипликативного влияния слоя осадков на точность радиометрических измерений;

— получены оценки погрешности определения антенной' температуры в условиях выпадения и формирования слоя осадков на антенне.

4. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федосеева Е.В., Ермаков P.J1., Шашкова Е.А., Ростокин И.Н., Исследование направленных свойств двухмодовой антенной системы. // Труды XII Всероссийской школы-конференции по дифракции и. распространению волн. Том НУ М.: МФТИ, 2001. — С.436-438.

2. Федосеева Е.В., Ермаков P.JI., Шашкова Е.А., Ростокин И.Н. Оценка возможности компенсации помеховых компонент сигнала адаптивной РМС. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвузовский сборник научных трудов / Под редакцией В.В. Ромашова. - Гидрометеоиздат, С.-Петербург, 2001. - С.108-110.

3. Федосеева Е.В., Шашкова Е.А., Ермаков Р.Л., Ростокин И.Н. Оценка потенциальных возможностей абсолютных измерений при дистанционном зондировании лесов с помощью адаптивной радиометрической системы. // Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве: Доклады III Всероссийской конференции, посвященной памяти Г.Г.Самойловича — М., ЦЭПЛ РАН, 2002. -С.228-231.

4. Ростокин И.Н. Двухмодовые апертурные антенны с суммарно-разностной диаграммой направленности. // XXXVIII Гагаринские чтения: Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. Т.б. — М., ИТЦ «МАТИ», 2002. — С.20-21.

. 5. Федосеева Е.В., Щукин Г.Г., Шашкова Е.А., Ермаков Р.Л., Ростокин И.Н Оценка погрешности измерений адаптивной радиометрической системы при проведении измерений по Солнцу. // Труды XX Всероссийской конференции по распространению волн. -Н. Новгород: Талам, 2002. - С.405-406.

6. Федосеева Е.В., Щукин Г.Г., Шашкова Е.А., Ростокин И.Н. Диапазонные свойства адаптивной радиометрической системы с двухмодовой зеркальной антенной // Всероссийская научная конференция — семинар. Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике. - Муром, 2003. — С.73-76.

7. Федосеева Е.В., Ростокин И.Н., Шашкова Е.А. Влияние мультипликативных помех на чувствительность радиометрической системы.//Радиотехника, электроника, информатика: Сборник научных работ./Под ред. Н.В. Чайковской — Муром, 2003. - С.68-71.

8. Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Ростокин И.Н. Исследование энергетических соотношений в двухмодовой двухканальной зеркальной антенне. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвузовский сборник научных трудов. / Под ред. В.В. Ромашова. — Гидрометеоиздат, С.-Петербург, 2004. — С.36-41.

9. Федосеева Е.В., Щукин Г.Г., Ростокина Е.А Ростокин И.Н. К вопросу точности компенсации фонового излучения в адаптивной радиометрической системе. // Вторая Всероссийская конференция. Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами. С. — Петербург, 2004. — С.67-69.

10. Ростокин И.Н., Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Щукин Г.Г. Исследование влияния слоя осадков на точность радиометрических измерений. // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвузовский сборник научных трудов. / Под ред. В.В. Ромашова. — Гидрометеоиздат, С.-Петербург, 2006. — С.73-78.

11. Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Ростокин И.Н. Оценка параметров модового разделителя двухканальной зеркальной антенны радиотеплолокационной системы. — Радиотехника, 2006, №6. С. 126-128.

12. Федосеева Е.В., Ростокин И.Н., Ростокина Е.А., Щукин Г.Г. К вопросу оценки радиояркостного контраста источника радиошумового излучения в системе с компенсацией внешних аддитивных помех. // Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике: сб. докладов Второй Всероссийской научной конференции - семинара. - Муром: Изд. - полиграф, цент МИ ВлГУ, 2006. - С.244-248.

13. Ростокин И.Н., Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Щукин Г.Г. Оценка возможности компенсации влияния слоя осадков на антенне на результаты широкополосных радиометрических измерений. // Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике: сб. докладов Второй Всероссийской научной конференции — семинара. — Муром: Изд. - полиграф, цент МИ ВлГУ, 2006. - С.248-253.

14. Ростокин И.Н., Самохин A.B., Ростокина Е.А. Моделирование характеристик направленности двухмодовой зеркальной антенны. В кн.: 16-я Междунар. Крымская конф: «СВЧ — техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2006). Метериалы конф. в 2 т. — Севастополь: Вебер, 2006. — С.465-466.

15. Заявка №2005109101/09(010774) на выдачу Патента РФ от 29.03.2005 г. И Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Ростокин И.Н. Способ снижения уровня шума антенны и двухмодовая апертурная антенна.

Соискатель

Ростокин И.Н.

Подписано в печать 15.08.2006. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ № 1012.

Муромский институт (филиал) Владимирского Государственного университета Адрес: 602264, Владимирская область, г. Муром, ул. Орловская, 23

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ВИДЫ ПОМЕХ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ТОЧНОСТЬ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

1.1 Мультипликативные помехи в радиометрических системах.

1.2 Мультипликативные помехи, обусловленные внешними факторами.

1.3 Мультипликативные помехи, обусловленные внутренними факторами.

1.4 Влияние внутренних мультипликативных помех на точность радиометрических измерений.

1.5 Влияние внешних мультипликативных помех на точность радиометрических измерений.

1.6 Выводы по главе.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КОМПЕНСАЦИИ ВЛИЯНИЯ МУЛЬТИПЛИКАТИВНЫХ ПОМЕХ НА ТОЧНОСТЬ

РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1 Метод инжекции шума в антенный тракт.

2.2 Метод автокомпенсации.

2.3 Метод деления сигналов.

2.4 Метод поляризационной селекции.

2.5 Сравнительная оценка методов компенсации мультипликативного влияния.

2.6 Выводы по главе.

Глава 3. МЕТОД ВНЕШНЕГО ПИЛОТ-СИГНАЛА С

ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ.

3.1 Разработка метода компенсации мультипликативного влияния слоя осадков.

3.2 Принципы реализации метода компенсации.

3.3 Структурная схема радиометрической системы.

3.4 Алгоритм восстановления исходного сигнала.

3.5 Оценка флуктуационной чувствительности радиометрической системы.

3.6 Выводы по главе.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ВНЕШНЕГО ПИЛОТ-СИГНАЛА С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ

РАЗРЕШЕНИЕМ.

4.1 Характеристики и состав измерительного комплекса.

4.2 Методика проведения исследований.

4.3 Результаты и интерпретация исследований.

4.4 Области применения радиометрической системы.

4.5 Выводы по главе.

Радиометрическое исследование атмосферы представляет собой достаточно мощное средство, обладающее точностью и оперативностью, и позволяющее судить о количественном соотношении излучающих компонент в атмосфере. Получаемая информация необходима для исследования пространственной структуры и эволюции облаков в целях прогноза погоды, урожая и опасных явлений, а также для решения задач экологии, гидрологии и природопользования, что является одним из актуальных направлений дистанционного зондирования окружающей среды. Проведенные исследования показывают принципиальные возможности и перспективы развития методов и аппаратуры радиометрического исследования атмосферы. При проведении измерений в условиях выпадения гидрометеоров основные параметры антенн радиометрических систем сантиметрового диапазона длин волн сильно изменяются, что приводит к значительным ошибкам и вносит в результаты измерений неопределенность.

В процессе радиометрических измерений имеют место внешние аддитивные и мультипликативные помеховые воздействия. Аддитивное влияние на входной сигнал обусловлено фоновым излучением, принимаемым из угловой области рассеяния антенны и ее собственным шумовым излучением, а также увеличением приведенной ко входу приемного устройства температуры шума, вызванного собственным тепловым радиоизлучением слоя снега, льда или воды.

Недетерминированное изменение характеристик антенны (коэффициент рассеивания антенны и ее КПД), величины которых определяют уровень выходного сигнала, является результатом внешнего мультипликативного по-мехового влияния в радиометрических системах. Формирование на поверхности зеркальной антенны слоя гидрометеоров (снега, льда или воды), электрические свойства которых существенно отличаются от свойств отражателя антенны, вызывают ослабление уровня полезного сигнала на входе радиометрического приемника за счет снижения коэффициента отражения от подобного трехслойного образования.

Целый ряд функциональных элементов, входящих в состав радиометрических систем, может служить источником внутреннего помехового мультипликативного влияния. Наводки по цепям питания, флуктуации напряжений питания и параметров основных элементов усилителей приводят к флук-туациям амплитуды и фазы усиливаемых колебаний.

С целью увеличения достоверности и точности радиометрических измерений необходимо обеспечить стабильность работы радиометрических систем в сложных метеорологических условиях при воздействии как внешних, так и внутренних помехообразующих факторов.

Разработка методов компенсации помехового влияния слоя осадков на результаты радиометрических измерений, позволяющих повысить точность оценки параметров исследуемого объекта в сложных метеоусловиях, является одной из актуальных задач радиометрии.

Использование радиометрической системы, позволяющей осуществить схемную компенсацию помехового влияния слоя осадков, может оказаться более предпочтительным, с точки зрения точности и оперативности проведения исследований, по сравнению с радиометрическими системами, содержащими комплекс вспомогательных средств и средств вычислительной техники, осуществляющих контроль данных помехообразующих факторов с последующей корректировкой результатов измерений.

Цели и задачи диссертационной работы

Цель настоящей работы заключается в разработке радиометрической системы с компенсацией помехового влияния слоя осадков на поверхности антенны, позволяющей повысить точность оценки полезного информационного сигнала при радиометрических наблюдениях в сложных метеорологических условиях.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

- анализ источников и результатов воздействия мультипликативных помех на точность радиометрических измерений, при проведении дистанционного зондирования в сложных метеорологических условиях;

- оценка возможностей известных методов компенсации влияния мультипликативных помех на результаты радиометрических измерений;

- разработка и обоснование метода компенсации помехового влияния слоя осадков на результаты радиометрических измерений с реализацией пространственного разрешения информационного сигнала;

- разработка структурной схемы радиометрической системы, реализующей метод компенсации помехового влияния слоя осадков, при использовании внешнего эталонного пилот-сигнала для оценки изменения параметров антенной системы с последующим выполнением операции деления сигналов;

- разработка макета радиометрической системы, содержащей СВЧ-радиометр, реализующий метод внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением, двухмодовую зеркальную антенну и прикладное программное обеспечение;

- экспериментальное исследование разработанного метода с помощью лабораторных и натурных испытаний.

Методы исследования

В данной работе использованы методы математического и физического моделирования, аналитический аппарат технической электродинамики, численные методы расчета и анализа, а также методы экспериментального исследования разработанной радиометрической системы.

Научная новизна работы состоит в том, что проработаны вопросы повышения точности радиометрических измерений в условиях воздействия fi1 помехового мультипликативного влияния слоя осадков на поверхности зеркальной антенны, для чего впервые:

- разработан метод внешнего эталонного пилот-сигнала с пространственным разрешением, позволяющий компенсировать помеховое влияние слоя осадков, сформированного на поверхности антенны;

- определены основные принципы реализации разработанного метода компенсации, заключающиеся в инжекции внешнего двухуровневого эталонного пилот-сигнала, с последующей реализацией процедуры разностно-относительного измерения шумового сигнала;

- разработана двухканальная радиометрическая система, реализующая метод внешнего пилот-сигнала с пространственным разрешением информационного и помехового сигналов;

- проведено экспериментальное исследование предложенной радиометрической системы в условиях выпадения и формирования слоя осадков на ж антенне;

- проведена оценка погрешности компенсации помехового влияния слоя осадков (дождь и снег) в двухканальной радиометрической системе.

На защиту выносятся:

- оценка мультипликативного влияния слоя осадков на точность результатов радиометрических измерений;

- результаты сравнительного анализа существующих методов компенсации мультипликативного помехового влияния на точность радиометрических измерений, основанных на инжекции шума в антенный тракт, делении сигналов и поляризационном разрешении;

- метод компенсации мультипликативного влияния слоя осадков на поверхности антенны, основанный на использовании внешнего эталонного пилот-сигнала с пространственным разрешением информационного и помехового сигналов;

- схема радиометрической системы с компенсацией влияния слоя осадков, реализующая предложенный метод;

- результаты экспериментальных исследований радиометрической системы, подтвердившие возможность компенсации данного вида помехово-го влияния, с помощью разработанного метода.

Практическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе, определяется возможностью создания на базе проведенных исследований и разработок, радиометрической системы с компенсацией мультипликативного влияния слоя осадков на антенне, предназначенной для исследования атмосферы в сложных метеоусловиях, необходимой для оценки характеристик водо- и влагосодержания облаков и для других научных и прикладных задач. Результаты диссертационной работы использовались при проведении научно-исследовательских работ на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" Муромского института ВлГУ.

Реализация

Исследования и практические разработки, приведенные в диссертационной работе, являются частью научно-исследовательских работ, выполненных в рамках гранта Президента РФ по поддержке молодых российских учёных и ведущих научных школ Российской Федерации (2004-2005гг., код НШ-1793.2003.5).

Полученные в работе результаты вошли в отчеты по НИР (госбюджетных), проводимых на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" Муромского института ВлГУ с 2002 по 2005 год.

Результаты исследований и их практической отработки были внедрены в Научно-исследовательском центре дистанционного зондирования атмосферы (г. С.-Петербург), на Муромском заводе радиоизмерительных приборов и в учебном процессе Муромского института Владимирского государственного университета.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. XII Всероссийская школа-конференция. "Дифракция и распространение волн". (Москва, 2001г.).

2. XXVIII Гагаринские чтения (Москва, 2002г.).

3. III Всероссийская конференция, посвященная памяти Г. Г. Самой-ловича "Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве" (Москва, 18-19 апреля 2002г.).

4. XX Всероссийская конференция по распространению волн. - (Н. Новгород, 2002г.).

5. Всероссийская научная конференция - семинар. "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром 1 - 3 июля 2003г.).

6. II Всероссийская конференция. "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами". (С. - Петербург 16-18 июня 2004г.).

7. II Всероссийская научная конференция - семинар. "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром 4-7 июля 2006г.).

8. Ежегодные научно-технические конференции Муромского института Владимирского государственного университета (2002 - 2006гг.).

Основное содержание работы опубликовано в 14 работах.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, включая 12 статей, 2 тезиса докладов. Исследования и разработки отражены в 3 отчетах о госбюджетных НИР.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 11 таблиц. Библиография включает 111 наименований. В приложении представлены документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

4.5 Выводы по главе

4.5.1 Разработан и создан макет радиометрической системы, имеющий технические параметры, необходимые для реализации предложенного алгоритма обработки радиометрических сигналов. В состав измерительного комплекса входят: радиометрическая система, персональный компьютер, прикладное программное обеспечение. Радиометр представляет собой радиометрический приемник трехсантиметрового диапазона, реализующий разработанный метод компенсации мультипликативных помех. Входной сигнал с квадратичного детектора СВЧ - радиометра поступает на НЧ блок радиометрической системы, выполненный на двух платах - плата выходного устройства радиометра (БНЧ) и плата устройства управления (ПДУ). На блоке управления есть разъемы для снятия входного сигнала на осциллограф и выходного обработанного сигнала на самописец и АЦП. Аналоговая информация о измеряемом шумовом сигнале, формируемая на выходе приемного устройства БНЧ, а также информация о температуре согласованной нагрузки от датчика температуры (ДТ), поступают на блок сопряжения с ЭВМ. Это устройство последовательно опрашивает пять входных каналов и преобразует аналоговый сигнал в цифровой код. Сигналы со всех измерительных каналов поступают на быстродействующий 10 - разрядный АЦП. Программа регистрации данных радиометрических измерений обеспечивает функционирование радиометрической системы и поддерживает следующие режимы работы: предварительную подготовку к измерениям (калибровка); проведение измерений; поддержание базы данных с результатами измерений; визуализацию, просмотр, документирование и распечатку результатов измерений.

4.5.2 Исследование собственного микроволнового излучения облачной атмосферы проводилось с помощью радиометрической системы, реализующей разработанный метод компенсации мультипликативных помех на длине волны Л = 3,2см, которая принимала радиоизлучение источника параллельно по двум антенным каналам - основному и дополнительному и измеряла соответствующее отношение яркостных температур. Прием осуществлялся на параболическую зеркальную антенну диаметром /) = 1000лш и шириной диаграммы направленности по уровню половинной мощности О — У. Теоретическая флуктуационная чувствительность радиометрической системы по обоим каналам равна &Т = $,ЪК при времени интегрирования т = 1с. Развязка между каналами не хуже 35дБ. Влияние слоя осадков на поверхности антенны проявляется следующим образом: изменяется абсолютный угол принимаемой мощности в области главного лепестка, так как в этой области, максимально сказывается изменение отражательных. свойств всей поверхности зеркала в отличие от области рассеивания, в которой абсолютный уровень принимаемой мощности обуславливается отражательными свойствами края зеркала, на котором слой осадков в связи с тем, что поверхность зеркала антенны вогнута, будет минимален; изменяется относительный уровень принимаемой энергии, как в области главного лепестка, так и в области рассеивания ДН антенны радиометрической системы. С целью определения характера влияния слоя осадков образующегося на поверхности антенны, на точность радиометрических измерений и возможности компенсации данного влияния, было проведено экспериментальное исследование приема шумового излучения в условиях выпадения, дождя и снега.

4.5.3 В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований можно сделать вывод о достаточно сложном характере влияния слоя осадков на точность радиометрических измерений. Между тем, это влияние в основном заключается в ослаблении уровня сигнала на входе радиометрического приемника за счет снижения коэффициента отражения от подобного образования, а с другой стороны, образование полупрозрачного слоя на поверхности антенны сопровождается увеличением приведенной ко входу радиометрической системы шумовой температуры, вызванным собственным тепловым радиоизлучением слоя снега, льда или воды.

В проведенных измерениях значение погрешности определения антенной температуры, обусловленное мультипликативным влиянием слоя твердых осадков (снег) составляет .26,8-42,2%, а жидких (дождь) - 8,2— 27,5%, в разработанной радиометрической системе аналогичное помеховое влияние составляет 12,7-27,3% и 1,3-13,2% соответственно.

4.5.4 Данная радиометрическая система предназначена для определения характеристик водо - и влагосодержания облаков в условиях оседания гидрометеоров атмосферы на поверхность антенны и позволяет исключить неопределенность в интерпретации измеряемого радиотеплового излучения. Пассивное дистанционное зондирование в радиодиапазоне является весьма эффективным средством исследования влагосодержания атмосферы. При этом для раздельного определения содержания парообразной и жидкока-пельной влаги (облака, туманы и т.п.) необходимо производить измерения одновременно на нескольких длинах волн. Однако, для приближенной оперативной оценки содержания жидкокапельной влаги в гидрометеорных образованиях можно воспользоваться измерением излучения на длине волны Л = 3,2см.

Предлагаемая радиометрическая система позволяет проводить следующие измерения: абсолютный метод измерения (мощности радиотеплового излучения однородной атмосферы, величины радиояркостного контраста метеообъекта); относительный метод измерения (угломестных разрезов для однородной атмосферы, азимутальных разрезов для метеообъектов, имеющих радиояркостный контраст на фоне однородной атмосферы).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведена разработка и исследование метода компенсации мультипликативного влияния слоя осадков на антенне радиометрической системы, обеспечивающего достоверность и точность радиометрических измерений в сложных метеорологических условиях.

В ходе выполнения работы были получены следующие основные результаты:

- проанализированы источники и результаты воздействия мультипликативных помех на чувствительность радиометрических систем при проведении дистанционного зондирования в сложных метеорологических условиях;

- проанализированы основные методы компенсации влияния мультипликативных помех на чувствительность радиометрических систем, а также примененные в них способы получения эталонного (компенсационного) сигнала;

- разработан метод компенсации мультипликативных помех в радиометрических системах основанный на использовании оценки мультипликативной помехи с соответствующей корректировкой значения информационной составляющей антенной температуры по ее воздействию на заданный эталонный сигнал;

- разработана структурная схема радиометрической системы, реализующей данный метод компенсации мультипликативных помех, построенная на базе двухканального модуляционного радиометра, в котором эталонный сигнал содержит компенсирующую компоненту, равную помеховой компоненте информационного сигнала и, кроме того, подвергается тем же помехо-образующим воздействиям, что и информационный сигнал;

- проанализированы основные принципы, лежащие в основе разработанного метода, и факторы, влияющие на точность компенсации влияния мультипликативных помех;

- разработан действующий макет радиометрической системы, реализующий разработанный метод компенсации мультипликативных помех, в состав которого входят: СВЧ - радиометр трехсантиметрового диапазона длин волн, антенная система и прикладное программное обеспечение;

- проведена экспериментальная проверка разработанного метода компенсации мультипликативных помех с помощью лабораторных и натурных испытаний;

- получены оценки погрешности определения антенной температуры в условиях выпадения и формирования слоя осадков на антенне, для случая твердых осадков она составляет 26,8-42,2%, а для жидких - 8,2-27,5%, в разработанной радиометрической системе аналогичное помеховое влияние составляет 12,7-27,3% и 1,3-13,2% соответственно;

- степень компенсации мультипликативного влияния слоя осадков на точность радиометрических измерений для данной системы составляет около 48%.

1. 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.

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

3. Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация . М.: Сов. радио, 1964.-335 с.

4. Христиансен У., Хегбог И. Радиотелескопы. Пер. с анг. под. ред. Пистолькорса А.А. М.: Мир, 1972 - 235 с.

5. Башаринов А.Е. , Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. - 118с.

6. Тучков Л.Г. Естественные шумовые излучения в радиоканалах. -М.: Сов.радио, 1968. 152 с.

7. Маков Г.Т., Петров Б.М., Электродинамика и распространение радиоволн. -М.: Сов. радио, 1979

8. Пози Дж. Л., Брейсуэлл Р.Н. Радиоастрономия. Пер. с анг. под. ред. Шкловского И.С. М.: Изд. иност. лит., 1958. - 406 с.

9. И.Я. Кремер, В.И. Владимиров, В.И. Карпухин. Модулирующие (мультипликативные) помехи и прием радиосигналов. Под. ред. И.Я. Креме-ра. М.: Сов. радио, 1972.- 480 с.

10. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973. - 416 с.

11. Краус Дж. Д. Радиоастрономия. Пер. с анг. под. ред. Железнякова В.В. М.: Сов. радио, 1973.-456 с.

12. Дубинский Б.А., Слыш В.И. Радиоастрономия. М.: Сов. радио, 1973.- 141 с.

13. Носов В.И., Забытов Ю.М. Нулевой двухканальный автоматический радиометр 3 миллиметрового диапазона волн. // Изв. ВУЗов. Радиофизика. T.XXXI, №7,1988.

14. Ворсин Н.Н., Милицкий Ю.А., Шаинский В.М., Эткин B.C. Реализация предельной чувствительности модуляционных СВЧ радиометров // Ра-дйофизика. 1987. - 30. - №8. - С. 931 - 938.

15. Accuracy of Ground-Based Microwave Radiometer and Balloon-Borne Measurements During the WVIOP2000 Field Experiment, D. Cimini, E. West-water, Y. Han, and S. Keihm, IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens., 41, 2605-2615, 2003.

16. Resolution and accuracy of a multi-frequency scanning radiometer for temperature profiling, Westwater, E., Y. Han, and F. Solheim, 129-135.

17. Analysis and Improvement of Tipping Calibration for Ground-Based Microwave Radiometers, Han, Y., and E. Westwater, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 38,1260-1276,2000.

18. Automatic self-calibration of ARM microwave radiometers, Liljegren, J., 433-441.

19. Струхов И.А., Хапин Ю.Б. О стабильности и чувствительности радиометров // Радиотехника и электроника. 1975 - Вып. 5 С. 1058 - 1060.

20. Егорычев В.П., Красинов А.В. Радиометр сантиметрового диапазона с повышенной долговременной стабильностью. // Радиофизика. 1979 -т. XXII - №11, с.1401 - 1402.

21. Аблязов B.C. Оценка флуктуационной чувствительности измерительного приемника с модуляцией по УПЧ // Радиофизика. 1967 - т. X. -№6.-С. 768-773.

22. Иванов Е.П. Минимальная фазовая ошибка в радиометре // Радиоэлектроника. 1974 - 17 №7 - С.102 - 104.

23. Васильев К.К. Прием сигналов при мультипликативных помехах. -Саратов: Изд. СГУ, 1983.

24. Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. М.: Сов. радио, 1978.

25. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Радио и связь, 1986.

26. Цейтлин Н.М. Антенная техника и радиоастрономия. М.: Сов.радио, 1976. - 352с.

27. Богододский В.В., Козлов А.И., Тучков JI.T. Радиотепловое излучение земных покровов. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 224 е.

28. Музыка З.Н. Чувствительность радиоприемных устройств на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, 1981. - 168 с. .

29. Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн. М.: Радио и связь, 1989. - 168 с.

30. Грачев A.M. Модуляционные радиометры. // Техника средств связи, 1991.

31. Кочеров С.А. Повышение точности радиометрических измерений с помощью синхронной импульсной инжекции шума в антенный тракт. -Труды ГосНИЦИПР, 1986.

32. Богородский Г.С., Хапин Ю.Б., Эткин B.C. Полупроводниковый радиометр миллиметровых и сантиметровых волн для исследования излучения подстилающей поверхности // Препринт ИКИ, №321.

33. А.с. 1041960 СССР. Модуляционный радиометр / Фалин В.В., Ги-неотис С.П., Миронов А.Ф.

34. А.с. 1160333 СССР. Модуляционный радиометр / Гинеотис С.П., Фалин В.В.

35. А.с. 1195454 СССР. Модуляционный радиометр /Волохов С.А.

36. Волохов С.А., Кочетков А.А. О чувствительности радиометров с компенсацией собственных шумов // Препринт НИРФИ, №264. Горький, 1988.

37. Ворсин Н.Н., Милицкий Ю.А. Реализация предельной чувствительности модуляционных СВЧ радиометров. // Изв. ВУЗов. Радиофизика. Т.ХХХ, №8,1987.

38. Жулин В.В. Модуляционный радиометр миллиметрового диапазона с непрерывной калибровкой // Тез. док. 4-й Всесоюзной конф. Антенные измерения.-Ереван, 1987.

39. Мурза Л.П. Синтез инвариантного радиометра Дикке // Радиотехника и электроника. №7,1985

40. Ворсин Н.Н., Милицкий Ю.А., Шаинский В.М., Эткин B.C. Измерительные СВЧ радиометры с цифровым выходом. // Приборы и техника эксперимента. №2.1988. С. 103

41. А.с. 1686388 СССР, МКИ G01R29/08 Сверхвысокочастотный радиометр / Фалин В.В., Булкин В.В., Николаев В.А., Щукин Г.Г.

42. Solmo P.L., Holliway D.L. The Australian national standarts laboratory X band radiometer for the calibration of noise sourses // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques. - 1988. Vol MTT - 16, №9.

43. Johnson W.A. Performance of a 3.3 mm radiometer // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques. - 1988. Vol MTT - 17, №10.

44. Hach J.P. A very sensitive airborne microwave radiometer using two reference temperatures // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques. -1988. Vol MTT-16, №9.

45. Synergy between wind profilers and multifrequency microwave radiometers for tropospheric humidity profiling, L. Bianco, D. Cimini, R.Ware, and F. Marzano, Proceedings of ERAD 2004.

46. Rainfall Intensity Estimation by Ground-Based Dual-Frequency Microwave Radiometers, G.-R. Liu, C.-C. Liu, T.-H. Kuo, Journal of Applied Meteorology 40,2001.

47. Passive ground-based remote sensing of atmospheric temperature, water vapor, and cloud liquid water profiles by a frequency synthesized microwaveradiometer, Solheim, F., J. Godwin, and R. Ware, Meteorologische Zeitschrift 7, 370-376, December 1998.

48. Two-Channel Microwave Radiometer for Observations of Total Column Precipitable Water Vapor and Cloud Liquid Water Path, J. Liljegren, Fifth Symposium on Global Change Studies, Nashville TN, 23-28 Jan 1994.

49. Троицкий B.C., Цейтлин H.M. Радиоастрономические методы абсолютных измерений интенсивности сигналов, калибровка антенн и радиотелескопов на см-волнах: Обзор // Изв. вузов. Сер. Радиофизика-1961,-Т.4, №3.-С. 393-414.

50. Фалькович С. Е., Хомяков Э.Н. Пространственно временная обработка при наличии мультипликативных и аддитивных флуктуаций. // Радиотехника и электроника, 1967, №3.-С.504—510.

51. Выставкин Б. А., Мигулин В.В. Приемники миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. // Радиотехника и электроника, 1967, №11. С. 1989-2006.

52. Васильев К.К. Прием сигналов при мультипликативных помехах. Саратов: Изд. СГУ, 1983.

53. Егорычев В.П., Красинов А.В. Радиометр сантиметрового диапазона с повышенной долговременной стабильностью. // Радиофизика. 1979 -т. XXII - №11, с. 1401 - 1402.

54. Мурза Л.П. Синтез инвариантного радиометра Дике // Радиотехника и электроника. 1985 - Вып. 7 С. 1329 - 1334.

55. Струхов И.А., Хапин Ю.Б. О стабильности и чувствительности радиометров // Радиотехника и электроника. 1975 - Вып. 5 С. 1058 - 1060.

56. Аблязов B.C. Оценка флуктуационной чувствительности измерительного приемника с модуляцией по УПЧ // Радиофизика. 1967 - т. X. -№6.-С. 768-773.

57. Иванов Е.П. Минимальная фазовая ошибка в радиометре // Радиоэлектроника. 1974 - 17 №7 - С. 102 - 104.

58. Федосеева Е.В., Ермаков Р.Л., Шашкова Е.А., Ростокин И.Н. Исследование направленных свойств двухмодовой антенной системы. // Труды XII Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн. Том II./ М.: МФТИ, 2001. С,436-438.

59. Ростокин И.Н. Двухмодовые апертурные антенны с суммарно-разностной диаграммой направленности. // XXXVIII Гагаринские чтения: Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. Т.6. -М., ИТЦ «МАТИ», 2002. С.20-21.

60. Федосеева Е.В., Ростокин И.Н., Шашкова Е.А. Влияние мультипликативных помех на чувствительность радиометрической системы. // Радиотехника, электроника, информатика: Сборник научных работ. / Под ред. Н.В. Чайковской-Муром, 2003. С.68-71.

61. Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Ростокин И.Н. Оценка параметров модового разделителя двухканальной зеркальной антенны радиотеплоло-кационной системы. Радиотехника, 2006, №6. С.126-128.

62. Заявка №2005109101/09(010774) на выдачу Патента РФ от 29.03.2005 г. // Федосеева Е.В., Ростокина Е.А., Ростокин И.Н. Способ снижения уровня шума антенны и двухмодовая апертурная антенна.

63. Айнбиндер И.М. Шумы радиоприемников. М.: Связь, 1974. - 328с.

64. Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение. / Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1973.

65. Синани А.И., Кузьменков В.М. и др. Полупроводниковые и гибридно-интегральные устройства. // Антенны, 2005, №2. с. 69.

66. Степаненко В.Д., Щукин Г.Г. и др. Радиотеплолокация в метеро-логии JL: Гидрометеоиздат, 1987. - 283 с.

67. Генератор шума на лавинно-пролетном диоде. Модуль СВЧ М31305 6Ш.2.210.^21ТУ.

68. Тетерич Н.М. Генераторы шума и измерение шумовых характеристик. Изд. 2-е, переработ, и доп., М.: Энергия, 1968. - 216 с.

69. Analysis and Improvement of Tipping Calibration for Ground-Based Microwave Radiometers, Han, Y., and E. Westwater, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 38,1260-1276,2000.

70. Automatic self-calibration of ARM microwave radiometers, Liljegren, J., 433-441.

71. Бутакова C.B., Белоусов B.B. Калибровка по Солнцу пассивногоiлокатора миллиметрового диапазона электромагнитных волн при исследовании радиотепловых контрастов самолетов. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2001. № 4, т. 6. - с. 55 - 63.

72. Швецов Б.Н., Алмазов-Долженко К.И., Паняев B.C., Пантыкин С.В. Автоматизированные измерения флуктуационной чувствительности радиометров с оценкой достоверности результатов. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1990. № 2(426).- с.ЗЗ.

73. Гельфер А.Г., Лапидус А.Д. Радиометрический приемник на базе измерителя параметров антенн типа ПК7-9. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1990. № 6(430).- с.61.

74. Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерения параметров антенно-фидерных устройств. М.: Связь, 1972,325 с.

75. Вопросы перспективной радиолокации. Коллективная монография / Под. ред. А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2003. - 512 с.

76. Шутко A.M. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрун-тов. М.: Наука, 1986. - 190 с.

77. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC. Пер. с англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992. -592 с.

78. ОСТ4Г0.223.000 Переключатели СВЧ волноводные полупроводниковые.

79. Андреев Г.А. Тепловое излучение миллиметровых волн земными покровами. // Зарубежная радиоэлектроника, 1982, №12. с. 3

80. Щукин Г.Г., Бобылев Л.П., Попова Н.Д. Дистанционное исследование влагосодержания облачной атмосферы радиотеплолокационными методами // Метеорология и гидрология. 1982. - N8. -с.29 - 37.

81. Ground-Based Radiometric Profiling during Dynamic Weather Conditions, R. Ware, P. Herzegh, F. Vandenberghe, J. Vivekanandan, and E. Westwater, Journal of Applied Meteorology (in review), 2004.

82. Modelling and measurement of rainfall by ground-based multispectral microwave radiometry, F. Marzano, D. Cimini, R. Ware, E. Fionda and P. Ciotti,

83. Achieving Technological Innovation in Flood Forecasting (ACTIF) Workshop, Bologna, 24-25 Nov 2003.

84. Ground-Based Multifrequency Microwave Radiometry for Rainfall Remote Sensing, F. Marzano, F., E. Fiona, P. Ciotti, and A. Martellucci, IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens., 40, 742-759,2002.

85. Ground-based radiometric measurements of atmospheric brightness temperature and water contents in Italy, Barbaliscia, F., E. Fionda, and P. Masullo, Radio Science 33,1998.

86. The Accuracy of Water Vapor and Cloud Liquid Determinations by Dual-Frequency Ground-Based Microwave Radiometry, E. R. Westwater, Radio Science, 13,677-685,1978

87. Измеритель параметров антенн модуляционный ПК7-15.ПК7-22. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЕС1.407.033 ТО.

88. Башаринов А.Е., Кутуза Б.Г . Исследование радиоизлучения и поглощения облачной атмосферы в миллиметровом и сантиметровом диапазонах волн // Труды ГГО. 1968. - вып. 222. - с. 100 -110.

89. Бобылев Л.П., Тарабукин И.А., Щукин Г.Г. Характеристики радиотеплового излучения и поглощения облачной атмосферы // Труды ГТО. -1979. -вып. 430. -с.19-35.

90. Бобылев Л.П., Щукин Г.Г. Оценка точности радиотеплолокаци-онного определения оптической толщины облачной атмосферы // Труды ГГО. 1979. - вып. 470. - с.19 - 35.

91. Митник JI.M. Определение эффективной температуры жидкока-пельных облачных образований по тепловому излучению атмосферы в СВЧ диапазоне. // Труды Гидрометеоиздата. 1974. - вып. 148.

92. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений Л.:Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.

93. Применение радиотеплолокации .в метерологии / В.В. Богородский, К.Я. Кондратьев, В.Д. Степаненко и др. // Радиометерология. Труды VI Всесоюзного совещания. Л.: Гидрометеоиздат. - 1984. - с.185 - 195.

94. Рабинович Ю.И., Щукин Г.Г., Волков В.Г. О возможных по-грешностяъ абсолютных измерений радиоизлучения. // Труды ГГО. 1968. -вып.222. -с. 138- 148.

95. Бородин Л.Ф., Кирдяшев К.П., Стаканкин Ю.П., Чухланцев А.А. О применении СВЧ-радиометрии к исследованию лесных пожаров. // Радиотехника и электроника, T.XXI, №9,1976. С. 145-150.

96. Бородин Л.Ф., Валендик Э.Н., Миронов А.С. СВЧ-радиометрические методы и проблема лесных и торфяных пожаров. // Радиотехника и электроника, T.XXIII, №10,1978. С.2120-2131.

97. Бородин Л.Ф. Радиотепловые аспекты торфяных и лесных пожаров, пожарной опасности лесоболотных угодий. // Успехи современной радиоэлектроники, №11,2001. С.59-64.

98. Михайлов В.Ф., Брагин И.В., Брагин С.И. Микроволновая аппаратура дистанционного зондирования Земли: Учеб. пособие / СПбГУАП. СПб., 2003.404с.

99. Microwave Radiometry and Remote Sensing of Earth's Surface and Atmosphere, Pampaloni and Paloscia (editors), VSP (publisher), The Netherlands, 2000:

100. Radiometric Profiling of Temperature, Water Vapor, and Cloud Liquid Water using Various Inversion Methods, Solheim, F., J. Godwin, E. West-water, Y. Han, S. Keihm, K. Marsh, and R. Ware, Radio Science 33, 393-404, March-April 1998.

101. Microwave Radiometric Technique to Retrieve Vapor, Liquid and Ice, Part I Development of a Neural Network-Based Inversion Method, Li, L., J. Vivekanandan, С. H. Chan, and L. Tsang, IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens. 35, 224-236, 1997.

102. Microwave Radiometric Technique to Retrieve Vapor, Liquid and Ice: Part II-Joint Studies of Radiometer and Radar in Winter Clouds, Vivekanandan, J., L. Li, L. Tsang, and C. Chan, IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens. 35, 237247,1997.