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全自动数字补偿毫米波辐射计及其应用研究

桂良启  
【摘要】:微波辐射计是无源微波遥感的核心设备,是进行地物背景微波辐射特性探测、成像和判断的主要工具。随着微波遥感的日益广泛应用和精确制导、无源探测技术的发展,对微波辐射测量技术提出了愈来愈高的要求。然而受辐射计系统增益和本机噪声波动的影响,以及定标源的限制,辐射计的长期稳定性、高灵敏度(温度分辨率)、高绝对精确度问题均未能很好的解决。本文从软件的角度提出了一种补偿系统增益和本机噪声波动的方法,并采用该补偿算法,在8mm 全功率辐射计的基础上设计了全自动数字补偿毫米波辐射计。给出了该辐射计的硬、软件结构,实验方法和结果,并对其性能指标进行了分析。同时,为满足毫米波辐射计在金属目标探测和星载平台上使用的要求,对3mm 和8mm 天空亮温、水面亮温以及星载毫米波辐射计的天线辐射效率进行了研究。 本论文的主要研究工作包括如下几个方面: 1) 从影响微波辐射计稳定性的两个主要因素(系统增益的不稳定和本机噪声的波动)出发,提出了一种简单实用的补偿系统增益和本机噪声的方法,并对该方法进行了详细推导,得到数字补偿算子。文中首先对微波辐射计的工作原理进行了分析,指出了系统增益和本机噪声对辐射计性能指标的影响。并将人们为减小或消除系统增益和本机噪声不确定性影响所采取的各种方法同所提出的数字补偿算法进行了比较,认为数字补偿算法提高了辐射计的长期稳定性和灵敏度,同时使用匹配负载作为参考源,避免了因使用冷、热定标源给辐射计在地基和空基使用中带来的麻烦。 2) 在全功率辐射计的基础上,结合所提出的补偿算法要求,设计了全自动数字补偿8mm 辐射计。包括微波开关的选取、参考噪声源的选择、接收机高频前端的设计、低频放大电路的设计和全自动数字补偿电路的设计,给出了各个部分的电路原理图和相应的性能指标。同时针对所设计的全自动数字补偿8mm 辐射测控系统模型,编写了补偿算法软件,并给出上、下位机的软件结构和初步的实验结果。整个软件系统分为测控软件和通信软件两部分。测控软件主要完成:数据采集、增益和本机噪声补偿、定标温度的设置和存储等功能,采用C51 语言编写; 通信软件按照编制的通信协议来完成上、下机的通信功能,采用RS485 总线通信方式,其中下位机软件采用C51 编写,上位机软件采用Visual Basic 6.0 进行编写。为了验证所设计


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