專利名稱：地面微波輻射－散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種微波遙感儀器，特別是一種地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微波遙感具有全天候工作的優(yōu)點，是用來獲取遙感信息的重要技術(shù)手段。微波輻射計是實施被動微波遙感的主要儀器，微波散射計是實施主動微波遙感的主要儀器之一。將主、被動微波遙感進行融合處理，已被許多實驗證明可以獲得比單一的主動或被動遙感更有意義的、更多的遙感信息。將微波輻射計和散射計集成在同一系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)主動的和被動的微波遙感的同時測量，而且還為主、被動遙感信息的融合處理提供了設備平臺。
目前，微波輻射計和散射計的組合系統(tǒng)，有以下兩類結(jié)構(gòu)(1)輻射計+連續(xù)波體制的散射計。這是被大多數(shù)的組合系統(tǒng)所采用的結(jié)構(gòu)。其中的散射計可能采用單純連續(xù)波體制，或采用調(diào)頻連續(xù)波體制。
(2)輻射計+短脈沖體制的散射計。
在上述組合系統(tǒng)內(nèi)，散射測量所需的照射信號由獨立的發(fā)射機產(chǎn)生。在接收機部分，一般地，采用銳方向波束的接收天線來獲得輻射計測量所需的分辨力。該接收天線可與散射計共用。通過恰當?shù)脑O計并利用時分工作方式，還能夠使得輻射計和散射計共用接收機的微波部分，以及同一個寬頻帶中頻放大器。在寬頻帶中頻放大器之后，因為輻射計所測量信號的帶寬在幾十兆赫到幾百兆赫，而散射計所測量的回波信號帶寬一般在幾千赫茲的量級，所以，兩者需要由不同的電路來檢測，散射測量的信號需要經(jīng)由窄帶濾波之后進一步放大。因此，這些系統(tǒng)在微波接收電路或?qū)掝l帶中頻放大器之后，需要各自獨立的輻射接收機和散射接收機以分別檢測信號。這不利于整個系統(tǒng)的集成化和小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使得散射測量和輻射測量能夠完全共用相同的接收機，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于小型化，降低系統(tǒng)成本。
為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由微波輻射計和微波散射計集成一個統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于微波散射計為噪聲體制的散射計，其信號頻帶范圍被設計得與輻射計相匹配，并且在系統(tǒng)的一個主控及數(shù)據(jù)處理器的協(xié)調(diào)下以時分的方式交替工作，從而共用一個接收機。
上述的輻射計和散射計共用的接收機由接收天線、極化分離器、極化開關、RF開關、低溫參考源、高溫參考源、參考源開關、信號開關、混頻器、中頻放大器、檢波器、增益調(diào)整及放大器和數(shù)據(jù)采集器組成；散射發(fā)射機由固態(tài)噪聲源、功率放大器、散射校正開關、極化開關、極化分離器和發(fā)射天線組成；由主控及數(shù)據(jù)處理器控制和協(xié)調(diào)接收機和發(fā)射機各組成器件。
上述輻射計和散射計共用的接收機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是接收天線的輸出依次經(jīng)極化分離器、極化開關、RF開關、信號開關、混頻器、中頻放大器、檢波器、增益調(diào)整及放大器和數(shù)據(jù)采集器后連接主控及數(shù)據(jù)處理器的輸入口；散射發(fā)射機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是固態(tài)噪聲源的輸出依次經(jīng)功率放大器、散射校正開關、極化開關和極化分離器連接發(fā)射天線；上述的接收機系統(tǒng)和發(fā)射機系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是散射校正開關的一個輸出連接RF開關的一個輸入，主控及數(shù)據(jù)處理器的十一個輸出分別連接接收機的接收天線、極化開關、RF開關、參考源開關、信號開關、增益調(diào)整及放大器以及發(fā)射機的發(fā)射天線、極化開關、散射校正開關、功率放大器、散射發(fā)射機的固態(tài)噪聲源的輸入。
上述的主控及數(shù)據(jù)處理器由52個電阻、12個發(fā)光二極管、一個晶振、一個PIC16F877型微控制器、一個MAX232型RS232接口芯片、四個MC1413C型驅(qū)動芯片、20個SL985C型光電耦合芯片、七個電容、一個56芯連接器、三個8芯連接器和一個3芯連接器組成。
上述的低溫參考源和高溫參考源由40個電阻、五個變阻器、二個穩(wěn)壓二極管、二個TIP122型達林頓管、一個LM326型集成運放芯片(IC3)、一個LM327型集成運放芯片、二個SL134M型集成恒流源芯片、一個濾波電容、一個高頻振流電感和一個連接器組成。
上述的增益調(diào)整及放大器和數(shù)據(jù)采集器由21個電阻、五個變阻器、一個三極管、一個固態(tài)繼電器、兩個OP07型集成運放芯片、一個LM331型電壓/頻率變換器、五個電容、兩個電感和一個連接器組成。
上述的系統(tǒng)中，采用了增益調(diào)整技術(shù)，即，由主控及數(shù)據(jù)處理器去控制接收機中的增益調(diào)整及放大器，使之采取與正在實施的測量模式——即散射測量或輻射測量相適應的增益值，以處理輻射信號和散射信號之間的十分顯著的功率差異，使接收機輸出信號電平的變化處于相對較窄的動態(tài)范圍，以保證信號接收特性的線性度。
上述的系統(tǒng)中，也采用了發(fā)射泄露檢測技術(shù)，即，在實施散射測量時，先檢測發(fā)射機對接收機的泄露功率，之后，在所探測到的散射回波功率中扣除該泄露功率，以消除泄露功率對噪聲體制散射測量的干擾。詳見附圖2和附圖3說明。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明所提出的輻射—散射計組合系統(tǒng)采用“輻射計+噪聲體制的散射計”的結(jié)構(gòu)體制，使得散射測量和輻射測量能夠完全共用相同的接收機。其優(yōu)點在于(1)散射計采用噪聲體制，與輻射計共用完全相同的接收檢測電路，減少了電路部件，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于小型化并降低系統(tǒng)成本。
(2)散射計所探測信號的頻譜范圍與輻射計相當，可實現(xiàn)散射和輻射遙感在同頻帶內(nèi)的同步測量，有利于同頻帶內(nèi)的主、被動微波遙感的對比研究和互補研究。


圖1是本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是圖1示例用于對天空的散射測量原理示意圖，以檢測泄露功率。
圖3是圖1示例用于對目標物的散射測量的原理示意圖，以在散射回波功率中去除泄露功率成分。
圖4和圖5是圖1示例中主控及數(shù)據(jù)處理器的電路圖。
圖6是圖1示例中低溫參考源和高溫參考源的電路圖。
圖7是圖1示例中增益調(diào)整及放大器和數(shù)據(jù)采集器的電路圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是，參見圖1，本地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由微波輻射計和微波散射計集成一個統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于微波散射計為噪聲體制的散射計，其信號頻帶范圍被設計得與輻射計相匹配，并且在系統(tǒng)的一個主控及數(shù)據(jù)處理器20的協(xié)調(diào)下以時分的方式交替工作，從而共用一個接收機。上述的輻射計和散射計共用的接收機由接收天線1、極化分離器2、極化開關3、RF開關4、低溫參考源5、高溫參考源6、參考源開關7、信號開關8、混頻器9、中頻放大器10、檢波器11、增益調(diào)整及放大器12和數(shù)據(jù)采集器13組成；散射發(fā)射機由固態(tài)噪聲源19、功率放大器18、散射校正開關17、極化開關16、極化分離器15和發(fā)射天線14組成；由主控及數(shù)據(jù)處理器20控制和協(xié)調(diào)接收機和發(fā)射機各組成器件。上述的輻射計和散射計共用的接收機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是接收天線1的輸出依次經(jīng)極化分離器2、極化開關3、RF開關4、信號開關8、混頻器9、中頻放大器10、檢波器11、增益調(diào)整及放大器12和數(shù)據(jù)采集器13后連接主控及數(shù)據(jù)處理器20的輸入口；散射發(fā)射機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是固態(tài)噪聲源19的輸出依次經(jīng)功率放大器18、散射校正開關17、極化開關16和極化分離器15連接發(fā)射天線14；上述的接收機系統(tǒng)和發(fā)射機系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是散射校正開關17的一個輸出連接RF開關4的一個輸入，主控及數(shù)據(jù)處理器20的十一個輸出分別連接接收機的接收天線1、極化開關3、RF開關4、參考源開關7、信號開關8、增益調(diào)整及放大器12以及發(fā)射機的發(fā)射天線14、極化開關16、散射校正開關17、功率放大器18、散射發(fā)射機的固態(tài)噪聲源19的輸入。上述的主控及數(shù)據(jù)處理器20由52個電阻R1-R52、12個發(fā)光二極管LED1一LED12、一個晶振XTAL1、一個PIC16F877型微控制器IC1、一個MAX232型RS232接口芯片IC2、四個MC1413C型驅(qū)動芯片IC3-IC6、20個SL985C型光電耦合芯片IC7-IC26、七個電容C1-C7、一個56芯連接器EDGE1、三個8芯連接器JMP1--JMP3和一個3芯連接器JCS1組成。上述的低溫參考源5和高溫參考源6由40個電阻R1-R40、五個變阻器W1-W5、二個穩(wěn)壓二極管D1-D2、二個TIP122型達林頓管、一個LM326型集成運放芯片IC3、一個LM327型集成運放芯片IC4、二個SL134M型集成恒流源芯片IC5、IC6、一個濾波電容C1、一個高頻振流電感L1和一個連接器C22組成。上述的增益調(diào)整及放大器12和數(shù)據(jù)采集器13由21個電阻R1-R21、五個變阻器W1-W5、一個三極管T1、一個固態(tài)繼電器J1、兩個OP07型集成運放芯片IC1、IC2、一個LM331型電壓/頻率變換器IC3、五個電容C1-C5、兩個電感L1、L2和一個連接器CZ4組成。
在上述結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，有以下兩個關鍵技術(shù)問題需要解決(1)輻射測量和散射測量的接收信號功率有很大的差異，需要設計特殊的信號接收機制以使接收機在大動態(tài)范圍內(nèi)對這兩種信號都具有良好的線性接收特性；(2)散射計工作模式中，由于采用噪聲工作體制，發(fā)射系統(tǒng)會對接收系統(tǒng)造成很強的干擾，包括發(fā)射天線對接收天線的、發(fā)射電路對接收電路的泄漏干擾。
采用了以下關鍵技術(shù)來解決上述問題(1)增益調(diào)整方案以適應輻射測量和散射測量間的信號功率的巨大差異。圖1中的增益調(diào)整部件11根據(jù)輻射測量和散射測量的兩種不同工作模式而選用不同的增益值(與工作模式的切換同步)，使輸入到后續(xù)的接收電路上的信號功率位于其線性工作區(qū)。
(2)泄露干擾檢測方案以消除發(fā)射系統(tǒng)對接收系統(tǒng)的強干擾，如圖2和圖3所示。散射測量由兩個步驟構(gòu)成第1步，在對目標物實施正式的測量之前，先將天線對著天空作散射測量，此時，檢測輸出PS1是發(fā)射系統(tǒng)對于接收系統(tǒng)的總泄漏干擾PI。第2步驟，對目標物實施測量，此時檢測輸出的PS2是目標物的散射信號Pr和泄漏干擾PI的疊加Pr+PI。所要測量的散射信號為Pr＝PS2-PS1。
依照圖1、圖2和圖3，該系統(tǒng)的工作過程描述如下系統(tǒng)以時分方式工作在散射測量和輻射測量模式。在散射測量時間段內(nèi)，首先，在主控及數(shù)據(jù)處理器20的控制下，固態(tài)噪聲源19和功率放大器18都進入工作狀態(tài)，增益調(diào)整11選擇散射測量模式所對應的增益值，測量信號開關8選通來自RF信號開關4的信號以使接收機測量散射回波或散射功率校正值。主控和數(shù)據(jù)處理器20還發(fā)送指令使得增益調(diào)整及放大器12選擇散射測量模式所對應的增益值。然后，系統(tǒng)先工作在圖2和圖3所示的第1步驟，此時，在主控及數(shù)據(jù)處理器20的控制下，天線電機帶動接收天線1和發(fā)射天線14轉(zhuǎn)動至天頂?shù)慕嵌龋⑸浒l(fā)射機的散射校正開關17將來自功率放大器18的噪聲特性的RF信號選通輸出到T支路上，經(jīng)由極化開關16和極化分離器15，由發(fā)射天線14發(fā)射出去；同時，RF信號開關4選通來自極化開關3的信號以測量泄露干擾功率，此時，泄露干擾經(jīng)由接收天線1、極化分離2、極化開關3、測量信號開關8、混頻器9、中頻放大器10、增益調(diào)整及放大器11和數(shù)據(jù)采集器13，由主控及數(shù)據(jù)處理器20獲取測量結(jié)果并保存，供后續(xù)的數(shù)據(jù)處理使用。之后，進入圖2和圖3所示的第2步驟，在主控及數(shù)據(jù)處理器20的控制下，接收機的RF信號開關4和發(fā)射機的散射校正開關17采取如下的同步動作，當RF信號開關4選通來自極化開關3的信號時，散射校正開關17選通T支路以輸出功率信號至發(fā)射天線；當RF信號開關4選通來自散射校正開關17的R支路的信號時，散射校正開關17選通R支路以輸出功率校正信號至R支路。信號開關4輪流地選通來自極化開關3和散射校正開關17的R支路的信號，分別對應于測量散射回波功率和發(fā)射功率校正值。這兩種信號分別經(jīng)由測量信號開關8、混頻器9、中頻放大器10、增益調(diào)整及放大器11、檢波器12，數(shù)據(jù)采集器13，由主控及數(shù)據(jù)處理器20獲取測量結(jié)果并保存。最后，在主控及數(shù)據(jù)處理器20中，將第2步驟中測得的散射回波功率減去在第1步驟中所測得的泄露干擾，并利用在第2步驟中測得的發(fā)射功率校正值，計算獲取散射系數(shù)。發(fā)射機的極化開關16和接收機的極化開關3在主控及數(shù)據(jù)處理器20的控制下，各自選通水平極化H支路或垂直極化V支路，從而獲得HH、VV、VH、HV等不同極化組合狀態(tài)下的散射系數(shù)。
在輻射測量時間段內(nèi)，首先，主控及數(shù)據(jù)處理器20發(fā)送指令，使得發(fā)射機的固態(tài)噪聲源19和功率放大器18都處于關閉狀態(tài)，以避免產(chǎn)生對接收機的干擾；增益調(diào)整及放大器12選擇輻射測量模式所對應的增益值，RF信號開關4選通來自極化開關2的信號。在主控及數(shù)據(jù)處理器20的控制下，信號開關8和參考源開關7協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)雙參考源校正的輻射測量。在信號開關8選通來自參考源開關7的信號的時間段內(nèi)，參考源開關7在前半段時間和后半段時間依次選通來自低溫參考源5和來自高溫參考源6的信號，分別對應于低溫參考源信號和高溫參考源信號。信號開關8交替選通來自RF信號開關4的信號和來自參考源開關7的信號，分別對應于測量輻射信號和測量兩個參考源信號。這三種信號分別經(jīng)混頻器9、中頻放大器10、增益調(diào)整及放大器11和檢波器12，數(shù)據(jù)采集器13，由主控及數(shù)據(jù)處理器20獲取測量結(jié)果。與此同時低溫參考源5和來自高溫參考源6又分別將各自的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號送往主控及數(shù)據(jù)處理器20，以供其測量準確的高、低參考溫度值。在主控及數(shù)據(jù)處理器20中，利用兩個參考源信號的測量結(jié)果以及它們相應參考溫度值，對輻射信號的測量結(jié)果作線性校正，計算得到輻射亮溫。在主控及數(shù)據(jù)處理器20的控制下，極化開關3交替選通水平極化H支路或垂直極化V支路，以獲取這兩種極化的輻射亮溫信號。
在上述散射及輻射測量的基礎上，通過對散射系數(shù)及輻射亮溫的組合處理，進一步獲取被測目標的水平極化發(fā)射率和垂直極化發(fā)射率。
主控及數(shù)據(jù)處理器20通過發(fā)送指令到接收天線1和發(fā)射天線14中的轉(zhuǎn)動電機，使天線轉(zhuǎn)動所需要的測量角度。
在本實施例中，接收天線1和發(fā)射天線14采用具有低副瓣的天線，例如對角喇叭天線或透鏡天線，以減少發(fā)射系統(tǒng)對接收系統(tǒng)的泄露干擾。散射校正開關17、信號開關8、參考源開關7、RF開關4、極化開關3和極化開關16采用低插損微波開關，如鐵氧體開關。設計使得低溫參考源5和高溫參考源6的溫度都高于環(huán)境溫度，這樣，利用簡單的電阻負載加熱就可以進行恒溫控制。例如，可將低溫參考源的溫度保持在55℃，高溫參考源的溫度保持在85℃?；祛l器9包括混頻器及本振源，其中的本振源頻率與散射發(fā)射機的工作頻率一致，以使接收機能夠接收處理散射回波信號。增益調(diào)整及放大器12對增益的調(diào)節(jié)范圍依據(jù)系統(tǒng)的散射測量和輻射測量的指標參數(shù)而定，一般都在30dB以上。檢波器11采用平方律檢波。數(shù)據(jù)采集器13將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以提供給主控及數(shù)據(jù)處理器20。模塊19采用較高超噪比的固態(tài)噪聲源，以獲得較高的輸出噪聲功率并減輕對后續(xù)的功率放大器18的增益指標要求。模塊18需要采用放大器組件，如利用二級或三級的放大器級聯(lián)，以獲取較高的增益倍數(shù)。提高模塊18的增益倍數(shù)可以增大發(fā)射機的輸出功率，從而增大儀器散射測量的距離量程。
為使更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖進一步詳述本實施實例。值得注意的是，附所示的僅是本發(fā)明的實現(xiàn)方式之一，而非對本發(fā)明的限制。
在圖4中，依據(jù)前面所述的工作流程，當處于散射測量模式時，微控制器IC1首先在其管腳29、30分別送出“發(fā)射控制開關”、“增益調(diào)整”控制信號，這兩個控制信號分別經(jīng)過圖4中的光電耦合芯片IC21、IC22的隔離變換，再由相應的連接器管腳送出。其中，“發(fā)射控制開關”信號送去控制固態(tài)噪聲源19和功率放大器18的電源繼電器，使它們接通電源而進入工作狀態(tài)；“增益調(diào)整”控制信號送出至增益調(diào)整及放大12，使其選用散射測量模式所對應的增益倍數(shù)，其工作原理詳見后續(xù)文字。微控制器IC1又在管腳21、22送出“信號開關”控制信號，經(jīng)過圖4中的光電耦合芯片IC17、IC18的隔離變換之后，由連接器送出至信號開關8，使其選通來自RF開關4的信號以便測量散射回波或散射功率校正值。之后，系統(tǒng)開始圖2所示的第1步驟，IC1先在其管腳33~36上送出控制信號，經(jīng)由圖3中的相應的光電耦合芯片和連接器，送至接收天線1和發(fā)送天線14中的天線驅(qū)動電機，使它們轉(zhuǎn)動到對天頂測量的角度；然后，IC1在其管腳27、28發(fā)送“RF開關”控制信號，經(jīng)過光電耦合和連接器，送至RF開關4和散射校正開關17，使它們采取如前述的系統(tǒng)工作原理中的協(xié)調(diào)一致的動作，用于測量泄漏干擾功率。泄漏干擾功率由數(shù)據(jù)采集13轉(zhuǎn)換為脈沖信號(如圖6所示)，送至圖3中的EDGE1的管腳15，再經(jīng)光耦芯片IC7，至IC1的管腳15，進行計數(shù)測量。隨后，開始實施圖2所示的第2步驟，IC1先在其管腳33~36上送出控制信號，經(jīng)光電耦合至連接器，作為“天線電機控制”信號去驅(qū)動天線電機，使天線轉(zhuǎn)動到所要求的測量角度。IC1在其管腳27、28上送出“RF開關”控制信號，使得RF開關4和散射校正開關17按照前述的系統(tǒng)工作原理中的方式同步動作，以分別測量散射回波功率和發(fā)射功率校正值。這兩個功率信號也同樣先由數(shù)據(jù)采集13轉(zhuǎn)換為脈沖信號，最后送到IC1的管腳15上進行測量。IC1將圖2中的第2步驟所測得的散射回波功率減去在第1步驟中所測得的泄漏干擾，并利用在第2步驟中測得的發(fā)射功率校正值，計算獲取散射系數(shù)。IC1在其管腳18、23上發(fā)送“發(fā)射極化開關”控制信號，在其管腳16、17上發(fā)送“接收極化開關”控制信號，這些控制信號經(jīng)由圖4中的光電耦合芯片IC23~IC26的隔離變換，再經(jīng)相應的連接器管腳送出，分別到達發(fā)射機的極化開關16和接收機的極化開關3，以選通各自的水平極化H支路或垂直極化V支路，從而獲得HH、VV、VH、Hv等不同極化組合狀態(tài)下的散射系數(shù)。
當處于輻射測量模式時，微控制器IC1首先利用其管腳29上的“發(fā)射控制開關”信號去控制固態(tài)噪聲源19和功率放大18的電源控制繼電器，使它們斷開電源而進入關閉狀態(tài)，以避免對接收機的信號造成干擾；利用管腳30上的“增益調(diào)整”控制信號使得增益調(diào)整及放大12選擇輻射測量模式所對應的增益倍數(shù)；利用管腳27、28上的“RF開關”控制信號，使RF開關4選通來自極化開關3的信號。之后，IC1在其管腳33~36上送出控制信號，使天線轉(zhuǎn)動到所要求的測量角度。IC1利用管腳21、22上的“信號開關”控制信號，以及管腳19、20上的“參考源開關”控制信號，分別去控制信號開關8和參考源開關7，使得它們按照前面所述系統(tǒng)工作原理中的方式進行同步動作，于是，在IC1的管腳15上依次測得目標物輻射信號和兩個參考源信號(85度、55度)的功率值。在IC1的管腳2、3上分別為來自模塊5和6的高溫參考源溫度、低溫參考源溫度的電壓信號，IC1對它們作A/D變換后獲取實際的溫度值。IC1利用這兩個溫度值以及前面測得的兩個參考源信號功率值，對目標物輻射信號功率作校正，計算得到目標物體的輻射亮溫。IC1在其管腳16、17上發(fā)送“接收極化開關”控制信號去控制接收機的極化開關3，交替選通水平極化H支路或垂直極化V支路，以獲取這兩種極化的輻射亮溫信號。
在圖4和圖5中，特別采用光電耦合芯片IC7~IC26作隔離變換，以降低外部干擾源對IC1的數(shù)據(jù)測量的影響。
圖6包含低溫參考源5和高溫參考源6，實現(xiàn)55℃和85℃的恒溫控制，并將這兩個溫度轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，提供給圖3中的IC1。模塊5和模塊6的工作原理相同，因此，下面僅以模塊5為例來介紹其工作過程。集成恒流源IC5將標稱溫度為55℃的低溫負載組件的實際溫度值轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)由R1和W4轉(zhuǎn)換為電壓信號。該電壓信號由IC1-1跟隨輸出，在IC1-3的輸入端上與來自IC1-2的參考電壓進行比較，由IC1-3輸出相對于基準電壓的差值電壓，再經(jīng)IC1-4放大，產(chǎn)生表示低溫參考源的實際溫度值的電壓信號，由連接器CZ2的B3腳送出至圖3中的IC1。由IC1-3輸出的差值電壓還經(jīng)IC2-3跟隨輸出至IC2-1的負輸入端，與正輸入端上的55℃基準電壓進行比較，所得到的差值電壓經(jīng)放大后驅(qū)動達林頓管T1，去加熱低溫負載組件中的55度負載，用以維持55℃的溫度。連接器CZ2-B3上的電壓信號對于溫度變化的靈敏度可以由變阻器W4進行調(diào)節(jié)；變阻器W1則用來調(diào)整該電壓值的絕對大小。變阻器W2用來精細調(diào)整低溫參考源5的標稱溫度值，使溫度準確地定位在55℃上。
在本實例中，將兩個參考源的標稱溫度設置為高于環(huán)境溫度的55℃和85℃，使得可以采用較為簡單的加熱方法來使參考源的溫度維持在其標稱溫度值上。
圖6包含增益調(diào)整及放大器12和數(shù)據(jù)采集器13。模塊12對增益倍數(shù)的調(diào)整是通過固態(tài)繼電器J1的開關切換來實現(xiàn)。當系統(tǒng)工作在散射測量模式時，受來自圖4(模塊20)IC1的“增益調(diào)整”信號的控制，J1的開關接通“散射”端子，信號直接輸入到IC2上進行放大。也就是，散射測量時的增益倍數(shù)等于由IC2所構(gòu)成的放大器的增益倍數(shù)。當系統(tǒng)工作在輻射測量模式時，由于輻射信號功率較小，來自圖4(模塊20)IC1的“增益調(diào)整”信號使得J1接通“輻射”端子，于是，輻射信號在IC2上進行放大之前，先經(jīng)過由IC1所構(gòu)成的放大器的放大。這樣，輻射測量時的增益倍數(shù)等于IC1和IC2所對應的兩個放大器的增益倍數(shù)之積，遠大于散射測量的增益倍數(shù)。結(jié)果是，盡管輸入的輻射信號功率和散射信號功率差異很大，但經(jīng)過模塊12的增益調(diào)整之后，輸出到后續(xù)的模塊13上的信號功率都能夠落在LM331的檢測范圍內(nèi)。模塊13利用LM331將被測量信號的模擬電壓量轉(zhuǎn)換為脈沖頻率，由連接器CZ4的A20腳送出至模塊20(見圖4)，供IC1檢測。變阻器W5用于調(diào)節(jié)模擬電壓與脈沖頻率之間的轉(zhuǎn)換比例。變阻器W2、W4分別用于調(diào)節(jié)IC1、IC2的放大倍數(shù)。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，利用圖4及圖5的模塊20中各種控制信號的有序組合和配合，以及圖7的模塊12對信號接收增益的同步調(diào)整，實現(xiàn)了輻射測量和散射測量在同一儀器系統(tǒng)內(nèi)的集成。
權(quán)利要求
1.一種地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由微波輻射計和微波散射計集成一個統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于微波散射計為噪聲體制的散射計，其信號頻帶范圍被設計得與輻射計相匹配，并且在系統(tǒng)的一個主控及數(shù)據(jù)處理器(20)的協(xié)調(diào)下以時分的方式交替工作，從而共用一個接收機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，為了實現(xiàn)共用一個接收機，其特征在于采用了接收增益調(diào)整和發(fā)射泄露檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于輻射計和散射計共用的接收機由接收天線(1)、極化分離器(2)、極化開關(3)、RF開關(4)、低溫參考源(5)、高溫參考源(6)、參考源開關(7)、信號開關(8)、混頻器(9)、中頻放大器(10)、檢波器(11)、增益調(diào)整及放大器(12)和數(shù)據(jù)采集器(13)組成；散射發(fā)射機由固態(tài)噪聲源(19)、功率放大器(18)、散射校正開關(17)、極化開關(16)、極化分離器(15)和發(fā)射天線(14)組成；由主控及數(shù)據(jù)處理器(20)控制和協(xié)調(diào)接收機和發(fā)散機各組成器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于輻射計和散射計共用的接收機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是接收天線(1)的輸出依次經(jīng)極化分離器(2)、極化開關(3)、RF開關(4)、信號開關(8)、混頻器(9)、中頻放大器(10)、檢波器(11)、增益調(diào)整及放大器(12)和數(shù)據(jù)采集器(13)后連接至主控及數(shù)據(jù)處理器(20)的輸入口；散射發(fā)射機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是固態(tài)噪聲源(19)的輸出依次經(jīng)功率放大器(18)、散射校正開關(17)、極化開關(16)和極化分離器(15)連接發(fā)射天線(14)；上述接收機系統(tǒng)和發(fā)射機系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是散射校正開關(17)的一個輸出連接RF開關(4)的一個輸入，主控及數(shù)據(jù)處理器(20)的十一個控制信號輸出分別連接接收機的接收天線(1)、極化開關(3)、RF開關(4)、參考源開關(7)、信號開關(8)、增益調(diào)整及放大器(12)以及發(fā)射機的發(fā)射天線(14)、極化開關(16)、散射校正開關(17)、功率放大器(18)、散射發(fā)射機的固態(tài)噪聲源(19)的輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于主控及數(shù)據(jù)處理器(20)由52個電阻(R1-R52)、12個發(fā)光二極管(LED1-LED12)、一個晶振(XTAL1)、一個PIC16F877型微控制器(IC1)、一個MAX232型RS232接口芯片(IC2)、四個MC1413C型驅(qū)動芯片(IC3-IC6)、20個SL985C型光電耦合芯片(IC7-IC26)、七個電容(C1-C7)、一個56芯連接器(EDGE1)、三個8芯連接器(JMP1-JMP3)和一個3芯連接器(JCS1)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于低溫參考源(5)和高溫參考源(6)由40個電阻(R1-R40)、五個變阻器(W1-W5)、二個穩(wěn)壓二極管(D1-D2)、二個TIP122型達林頓管、一個LM326型集成運放芯片(IC3)、一個LM327型集成運放芯片(IC4)、二個SL134M型集成恒流源芯片(IC5、IC6)、一個濾波電容(C1)、一個高頻振流電感(L1)和一個連接器(C22)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地面微波輻射—散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于增益調(diào)整及放大器(12)和數(shù)據(jù)采集器(13)由21個電阻(R1-R21)、五個變阻器(W1-W5)、一個三極管(T1)、一個固態(tài)繼電器(J1)、兩個OP07型集成運放芯片(IC1、IC2)、一個LM331型電壓/頻率變換器(IC3)、五個電容(C1-C5)、兩個電感(L1、L2)和一個連接器(CZ4)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地面微波輻射－散射計的一體化小型化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由微波輻射計和微波散射計集成一個統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于微波散射計為噪聲體制的散射計，其信號頻帶范圍被設計得與輻射計相匹配，兩者在系統(tǒng)的一個主控及數(shù)據(jù)處理器的協(xié)調(diào)下以時分的方式交替工作，采用了發(fā)射泄露檢測和接收增益調(diào)整，從而實現(xiàn)共用一個接收機。本發(fā)明有利于系統(tǒng)集成化和小型化，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。
文檔編號H04B1/38GK1527067SQ0315113
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者趙恒凱, 方振和, 姚傳亮, 章俊, 張明興, 韓建國, 葛建民 申請人:上海大學