一种宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法及其系统，属于微波辐射测量研究领域。该方法首先接收目标辐射的宽带电磁信号，叠加上噪声后，进行信号放大；将放大后的信号与本振信号进行混频，然后进行变频后再次放大；再次放大后的信号进行等功率划分，得到多路信号，对多路信号中的每一路进行放大、变频；最后将功率信号转变为电压信号，经检波、视频放大后输出。该方法可以实时进行宽带辐射信号的同时测量，具有结构紧凑、体积小、成本低、集成度高、测量速度快、测量精确度高、稳定度高、接收机恒温、定标方便等优点，可以应用于微波辐射计中对宽带辐射信号高精度实时测量过程中。
【专利说明】-种宽频带福射信号多通道并行输出测量方法及其系统
【技术领域】
[0001] 本发明设及微波福射测量研究领域，尤其设及一种宽频带福射信号多通道并行输 出测量方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 微波福射计是为测量物质的热电磁福射而设计的高灵敏度的接收机，属于福射测 量的范畴，W目标福射或者反射的电磁信号作为信号源，被动接收，不主动发射电磁信号， 具有灵敏度高、抗干扰性强、全天候自动测量、功耗低、成本小等优点，在气象、水文、海洋、 目标探测、天文测量等领域具有广泛的应用。
[0003] 为更精确的反演测量目标场景的信息，往往需要对接收的宽频带福射信号进行多 通道划分，对每个通道信号进行单独测量。传统上，每一个通道采用一个单独的接收机或者 采用变本振频率分时测量的方法。前一种方法会导致福射计系统成本增加，体积变大，给福 射计接收机的恒温、定标等带来困难。后一种方法实际上是扫描频率方法，会增加完成一周 期测量的时间，在实时性测量应用中产生限制。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提供了一种基于微波福射计的宽带福射信号多通道并行输 出测量方法及其系统，解决了常用方法中福射计系统成本高、体积大、定标困难等问题。
[0005] 为了解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
[0006] 一种宽频带福射信号多通道并行输出测量方法；首先接收目标福射的宽带电磁信 号，叠加上噪声后，进行信号放大；将放大后的信号与本振信号进行混频，然后进行变频后 再次放大；再次放大后的信号进行等功率划分，得到多路信号，对多路信号中的每一路进行 放大、变频；最后将功率信号转变为电压信号，经检波、视频放大后输出。
[0007] 进一步地，一种宽频带福射信号多通道并行输出测量方法，所述方法包括如下步 骤：
[000引 （1)利用天线接收目标福射的宽带电磁信号，经馈源进入福射计接收机，通过禪合 器叠加上噪声源禪合进的噪声，经过隔离器后进入低噪声放大进行信号放大；
[0009] (2)经低噪声放大器放大后的信号进入混频器与本振信号进行混频，经带通滤波 器炬P巧选取低边带，完成下变频，变成中频信号，然后进入中频放大器进行放大；
[0010] (3)经多路等功率分配器后变为多路信号，每一路通道信号经放大器后，利用带通 滤波器进行选频，完成一路输入变为多路并行信号，并完成每路通道信号的频率确定；
[0011] (4)多路并行通道的每一路信号进入平方律检波器，完成功率信号到电压信号的 转变，然后经低通滤波器（LP巧，滤去高频分量，进行本底噪声电压补偿和视频放大后得到 每一通道的福射信号测量电压。
[0012] 进一步地，所述（1)具体包括；步骤A1，天线接收目标福射的电磁波信号，感应为 电信号，经馈源进入接收机；步骤A2,噪声源产生的噪声经衰减器、开关、禪合器禪合进接 收机主通道，与天线进入的电信号叠加；步骤A3,叠加后的信号经过隔离器，进入低噪声放 大器进行放大。
[0013] 进一步地，所述（2)具体包括；步骤B1，经步骤A3放大后的信号进入混频器，与本 振产生的信号进行混频；步骤B2,混频后的信号经过带通滤波器滤除高边带信号，选取低 边带信号，完成信号的下变频变为中频；步骤B3,完成下变频后的中频信号经中频放大器 进行放大，为进行功率分配器作准备。
[0014] 进一步地，所述（3)具体包括；步骤C1，步骤B3放大的信号进行等功率分配器，分 为多路信号；步骤C2,每一路信号进入中频放大器进行放大，进入带通滤波器，进行每个通 道频率和带宽的选定。
[0015] 进一步地，在所述步骤C1中，信号进行多路1: N等功率分配器，其中N为功分器的 输出端数目，则步骤B3的一路信号变为N路信号，每路信号功率变为1/N，N路并行信号具 有相同的功率和频谱分布。
[0016] 进一步地，在所述步骤C2中，步骤C1输出的N路并行信号，每一路都进行放大，然 后经过带通滤波器进行选频，每一路的带通滤波器具有不同的中屯、频率和带宽，也就确定 了每一通道的频率和带宽，完成了一路射频输入到N路不同频率中频输出的转换。
[0017] 进一步地，所述（4)具体包括；步骤D1，步骤C2输出的N路信号的每一路信号进 入平方律检波器，由功率信号转换为视频电压信号；步骤D2,步骤D1输出的信号经低通滤 波器后，进行底噪补偿，扩大采样动态范围，然后进入视频放大器，放大到合适的电平，进入 模数转换，进入数字信号领域进行处理。
[001引一种宽频带福射信号多通道并行输出测量系统，包括：天线、噪声源、禪合器、隔离 器、低噪声放大器、混频器、带通滤波器、中频放大器、多路等功率分配器、多个中频放大器、 多个带通滤波器、多个平方律检波器、多个视频放大器、多个低通滤波器。
[0019] 本发明提供了一种宽频带福射信号多通道并行输出测量方法及其系统，通过前端 一路射频接收目标福射信号，经放大、变频、功分、滤波后分为多路并行信号，然后进行检 波、视频放大输出。可W实时进行宽带福射信号的同时测量，具有结构紧凑、体积小、成本 低、集成度高、测量速度快、测量精确度高、稳定度高、接收机恒温、定标方便等优点，可W应 用于微波福射计中对宽带福射信号高精度实时测量过程中。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明一种宽频带福射信号多通道并行输出测量方法流程示意图；
[0021] 图2为本发明一种宽频带福射信号多通道并行输出测量系统组成示意图；
[0022] 图3为本发明实施例1中附加噪声定标示意图；
[0023] 图4为本发明实施例1中底噪补偿示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图及实施例来具体描述本发明。
[00巧]实施例1
[0026] 如图1所示，本发明一种宽频带福射信号多通道并行输出测量方法对于天线接收 的目标福射的电磁波信号，进行如下处理：
[0027] (1)利用天线接收目标福射的宽带电磁信号，经馈源进入福射计接收机，通过禪合 器叠加上噪声源禪合进的噪声，经过隔离器后进入低噪声放大进行信号放大；
[002引 （2)经低噪放放大后的信号进入混频器与本振信号进行混频，经带通滤波器选取 低边带，完成下变频，变成中频信号，然后进入中频放大器进行放大；
[0029] (3)经多路等功率分配器后变为多路信号，每一路通道信号经放大器后，利用带通 滤波器进行选频，一路输入变为多路并行信号，并完成每路通道信号的频率确定；
[0030] (4)多路并行通道的每一路信号进入平方律检波器，完成功率信号到电压信号的 转变，然后经低通滤波器，滤去高频分量，进行底噪补偿和视频放大得到每一通道的福射信 号测量电压。
[0031] 步骤（1)中目标福射的电磁波信号，经天线方向图加权被天线接收，经馈源输出 得到天线亮温，然后进入微波福射计接收机主通道。经定向禪合器禪合进噪声源产生的附 加噪声，然后通过隔离器进入低噪声放大器进行放大。如图2所示，主通道禪合进附加噪声 的作用是进行增益定标。天线进入接收机的亮温为Ta，接收机系统本底噪声为T。。。，禪合进 入噪声为Tw，系统增益Gs。图2中测量开关周期性的开闭，控制噪声源噪声的注入。图3为 本实施例中噪声注入测量时序示意图。
[0032] 如图3所示，在一个测量周期T内，关闭测量开关时间段内（0?0.5 T)，输出电 压V。测量方程为：
[0033] V〇=Gs(VT,ec) (1)
[0034] 如图3所示，在一个测量周期T内，打开测量开关时间段内（0.5T?T)在打开 噪声源时间段内，Vw测量方程为：
[0035] V,= Gs(WT,ec) (2)
[0036] 由式（2)-式（1)，可得：
[0037] G、= (3)
[003引最终测量亮温；
[0039] 弁真-Trec (4)
[0040] 由式做得到的增益，与定标时增益比较，就可W得到增益的变化量，从而可W在 测量结果中进行增益实时修正，最终由式（4)得到天线亮温。增益测量的准确性，取决于噪 声源Tw的稳定性，选取高稳定性的噪声源，并放在恒温结构中，W保存噪声输出的稳定性。
[0041] 步骤（2)中，步骤（1)的信号进入混频器，进行下变频，然后进行中频放大。如图2 所示，进入混频器前的信号中屯、频率f。，带宽B，本振频率为片。，则混频后产生双边带信号， 频率分别为fi= f n-fL〇，f2= f o+fL。，带宽均为B。经带通滤波器滤去高边带信号，包括低边 带信号，则输入信号变为中频信号，fiP= f 1= f。-片。，带宽为B。然后进行中频放大，为功分 成多路信号做准备。
[0042] 步骤（3)中，中频信号进入等功率分配器，变成多路信号输出，每一路信号完全相 同，功率变为功分器输入信号的1/N，然后每一路信号进行功率放大，进入带通滤波器进行 选频。每一路的带通滤波器中屯、频率和带宽都不同，该样，每一路通道的频率和带宽就确定 了，完成了一路宽带信号向多路并行子带信号的转变。
[0043] 步骤（4)中，多路并行通道的每一路信号都进入平方律检波器，检波输出的电压 信号经过低通滤波器滤除高频分量，变为视频信号，再经过视频放大，达到合适电平，进行 数字采样。平方律检波器输出电压Vd与输入V。关系为：
[0044] Vd=C,,P 二 C'巧 (5)
[0045] 其中，Cd为平方律检波器灵敏度常数（每瓦伏特数），P。为检波器输入信号功率， V。为检波器输入信号电压。
[0046] 低通滤波器滤去检波器输出电压Vd中的高频起伏分量，低通滤波器的作用是对带 宽为B的随机信号进行积分，W消除高频起伏分量。低通滤波器的等效带宽为Bu，则等效 积分时间T =1八28^)，经过低通滤波器后，
[0047] 與二备 (6) Kut ylBt
[0048] 其中，V"ut为低通滤波器输出电压，0 ?ut为电压V"t的标准差，为Vdw的平均值， 即直流分量。根据直流输出电压与平均输入功率Psys的关系：
[0049] K,,,=SuA,GkT、.、B = G：]]" (7)
[0化0] 其中，gu为低通滤波器的电压增益，k为波尔兹曼常数，T 为系统亮温，包括输入 天线亮温Ta，附加噪声亮温Tw，W及系统本底噪声部分，系统亮温灵敏度为：
[005U 祖=了平1而 (8)
[0化2] 低通滤波器输出电压信号经底噪补偿W扩大采样动态范围，提高采样灵敏度，图4 所示为底噪补偿示意图，图中Vke。为系统本底噪声产生亮温，V 为系统本底噪声加上测量 亮温产生电压。如图4所示，补偿前系统增益为：
[005引 G、夺 (9) J耀
[0化4] 底噪补偿，即通过一基准电压，减去输出电压中系统本底噪声产生的电压，如图4 中VcK，则补偿后系统增益为：
[0化5] G:= … (10) T^-Tbec
[0化6] 补偿后系统增益扩大，有利于提高采样灵敏度，进而提高系统亮温测量灵敏度。信 号经视频放大器后达到后续采样处理的信号电平要求，W进行数字采样，进行下一步处理。
【权利要求】
1. 一种宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于，首先接收目标辐射的 宽带电磁信号，叠加上噪声后，进行信号放大；将放大后的信号与本振信号进行混频，然后 进行变频后再次放大；再次放大后的信号进行等功率划分，得到多路信号，对多路信号中的 每一路进行放大、变频；最后将功率信号转变为电压信号，经检波、视频放大后输出。
2. 根据权利要求1所述的宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于，包 括如下步骤： (1) 利用天线接收目标辐射的宽带电磁信号，经馈源进入辐射计接收机，通过耦合器叠 加上噪声源耦合进的噪声，经过隔离器后进入低噪声放大进行信号放大； (2) 经低噪声放大后的信号进入混频器与本振信号进行混频，经带通滤波器选取低边 带，完成下变频，变成中频信号，然后进入中频放大器进行放大； (3) 经多路等功率分配器后变为多路信号，每一路通道信号经放大器后，利用带通滤波 器进行选频，完成一路输入到多路并行信号的转换，并完成每路通道信号的频率确定； (4) 多路并行通道的每一路信号进入平方律检波器，完成功率信号到电压信号的转变， 然后经低通滤波器，滤去高频分量，进行底噪补偿和视频放大得到每一通道的辐射信号测 量电压。
3. 根据权利要求2所述的宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于，所 述步骤（1)具体包括： 步骤A1 :天线接收目标辐射的电磁波信号，感应为电信号，经馈源进入接收机； 步骤A2 :噪声源产生的噪声经衰减器、开关、耦合器耦合进接收机主通道，与天线进入 的电信号叠加； 步骤A3 :叠加后的信号经过隔离器，进入低噪声放大器进行放大。
4. 根据权利要求2所述的宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于，所 述步骤（2)具体包括： 步骤B1 :经步骤A3放大后的信号进入混频器，与本振产生的信号进行混频； 步骤B2 :混频后的信号经过带通滤波器滤除高边带信号，选取低边带信号，完成信号 的下变频变为中频； 步骤B3,完成下变频后的中频信号经中频放大器进行放大，为进行功率分配器作准备。
5. 根据权利要求2所述的宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于，所 述步骤（3)具体包括： 步骤C1 :步骤B3放大的信号进行等功率分配，分为多路信号； 步骤C2 :每一路信号进入中频放大器进行放大，进入带通滤波器，进行每个通道频率 和带宽的选定。
6. 根据权利要求5所述的宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于， 在步骤（3)中，所述信号进行等功率分配包括：信号进行多路1: A等功率分配器，其中# 为功分器的输出端数目，则步骤B3的一路信号变为靡各信号，每路信号功率变为1/况遞各 并行信号具有相同的功率和频谱分布； 在所述步骤C2中，步骤C1输出的N路并行信号，每一路都进行放大，然后经过带通滤 波器进行选频，每一路的带通滤波器具有不同的中心频率和带宽，也就确定了每一通道的 频率和带宽，完成了一路射频输入到N路不同频率中频输出的转换。
7. 根据权利要求2所述的宽频带辐射信号多通道并行输出测量方法，其特征在于，所 述步骤（4)具体包括： 步骤D1 :步骤C2输出的靡各信号的每一路信号进入平方律检波器，得到视频电压信 号； 步骤D2 :步骤D1输出的信号经低通滤波器后，进行底噪补偿，扩大采样范围，然后进行 视频放大到合适的电平，进行模数转换，进入数字信号领域进行处理。
8. -种宽频带辐射信号多通道并行输出测量系统，其特征在于，包括：天线、噪声源、 耦合器、隔离器、低噪声放大器、混频器、带通滤波器、中频放大器、多路等功率分配器、多个 中频放大器、多个带通滤波器、多个平方律检波器、多个低通滤波器、多个视频放大器。
【文档编号】G01J5/10GK104501967SQ201410772640
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】黄传禄, 于永杰, 晁坤, 岳增祥 申请人:中国电子科技集团公司第二十二研究所