一种抗干扰射电天文k因子辐射计的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种抗干扰射电天文K因子辐射计，该辐射计设置有电源模块，电源模块用于为一恒温噪声源供电，辐射计接收所述噪声源发出的白噪声信号和观测信号；该辐射计还包括信号放大电路、直流通路、交流通路和A/D采集电路；直流通路和交流通路将接收到的信号进行交直流分流，交流通路为强度已知的白噪声信号，直流通路为包含流量信息的强度信号；K因子为直流通路的信号、交流通路信号二者的比值；通过噪声信号平均功率的强度起伏来标定天线接收机系统的整体稳定性；可将天线系统整体的各项不稳定因素一并剔除，排除了每一个传输器件的增益漂移等不稳定因素，提高了系统测量的准确性和稳定度。
【专利说明】一种抗干扰射电天文K因子辐射计
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉涉及一种抗干扰射电天文K因子辐射计。
【背景技术】
[0002] 射电天文流量观测的接收机系统由低噪声放大器，滤波、混频器和中频放大，以及 总功率辐射计组成。传统的接收机系统特点是各个组成部分独立行使功能，完成对信号的 处理。传统辐射计的基本功能是：检测某一频带内信号总功率的变化，实现对目标射电源的 流量监测。目前传统的射电天文辐射计是基于检波二极管的，检波二极管通过其载流子与 输入信号功率之间的对应关系，输出的直流电压与输入信号的总功率呈线性关系，由此来 确定输入宽带信号的总功率大小。
[0003] 射电天文研究中，需要对射电源进行高精度的流量观测，如对标准源的流量定标， 射电变源的研究，以及星际闪烁和行星际闪烁的研究等等。此时，环境的无线电干扰和天线 系统各器件及传输线路的增益/衰减稳定性成为两大制约因素。传统的接收机系统正常工 作时，不具备对各器件的稳定性进行监测的功能，一定程度上无法区分最终观测数据的强 度变化是来自天线接收信号自身的变化还是由于经天线接收机系统传输过程中引入的起 伏；系统设备的增益漂移会导致射电源流量曲线严重失真，降低系统稳定性。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种抗干扰射电天文K 因子辐射计，该辐射计提高了系统的稳定性，解决了信号传输过程中设备增益漂移影响系 统精度的问题。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
[0006] -种抗干扰射电天文K因子辐射计，辐射计设置有电源模块，所述电源模块用于 为一恒温噪声源供电，所述辐射计接收所述噪声源发出的白噪声信号和观测信号；
[0007] 所述辐射计还包括信号放大电路、直流通路、交流通路和A/D采集电路；
[0008] 所述信号放大电路用于将耦合后的观测信号和白噪声信号进行放大，并将放大后 的信号经同样的传输线路输入所述直流通路和交流通路；
[0009] 所述直流通路和交流通路将接收到的信号进行交直流分流，交流通路为强度已知 的白噪声信号，直流通路为包含流量信息的强度信号；将直流通路的信号、交流通路信号二 者的比值定义为K因子；
[0010] 所述A/D采集电路用于采集直流通路和交流通路信号，并将采集的信号输入观测 软件，进行数据预处理及记录。
[0011] 进一步，所述直流通路的输出信号下游设置反向偏置电压电路，把OFF观测周期 的直流输出作为底值，在0N周期中将其扣除。
[0012] 进一步，所述反向偏置电压电路下游设置有直流信号放大电路，对扣除底值后的 直流电压进行放大。
[0013] 进一步，所述信号放大电路由比例放大、比例积分、可调比例放大电路依次连接构 成。
[0014] 进一步，所述直流通路设置有可编程比例放大芯片AD526,用于调节比例放大倍 数。
[0015] 进一步，所述交流通路设置有可选开关ADG419,其工作信号与白噪声信号源供电 信号相同。
[0016] 本实用新型的辐射计具有如下特点：通过噪声信号平均功率的强度起伏来标定天 线接收机系统的整体稳定性；可将天线系统整体的各项不稳定因素一并剔除，排除了每一 个传输器件的增益漂移等不稳定因素，提高了系统测量的准确性和稳定度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型辐射计的原理示意图；
[0018] 图2是本实用新型辐射计设置反向偏置电压电路的原理示意图；
[0019] 图3是本实用新型辐射计的电路图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图详细解释本实用新型的方案：
[0021] 如图1所示，天线系统前端注入方波调制的白噪声信号，与观测信号耦合后经过 同样的传输路线输入低噪声放大器，辐射计内部对信号进行交直流分流，交流通路为注入 的强度已知校准信号，直流通路为包含流量信息的强度信号；最终通过二者的比值，扣除天 线设备增益漂移因素，得出射电源相对强度信息。同时，辐射计还包括单片机A/D采集及控 制电路，用于采集直流通路和交流通路信号，并将采集的信号输入观测软件，进行数据预处 理及记录；白噪声信号源由辐射计输出的lKHz的交变方波调制信号为其供电，简化了系统 结构。
[0022] 图1右侧所示，天线输入信号包括天线温度Ta、系统噪声温度I；和方波调制的噪 声温度AT，其中直流分量包括Ta，I；，AT;交流分量包括AT。图1左侧，假设K因子辐射 计内部直流、交流通路增益相等，为K。，S卩：Kd=Ka=K。。
[0023] 福射计输出电压直流分量：
[0024] Vd=a*K0*Kc* (Tr+Ta+AT)
[0025] 交流分量：
[0026] Va=a*K0*Kc*AT
[0027] 其中a为比例常数。直流、交流之比K:
[0028] K=Vd/Va= (Tr+Ta+AT)/T
[0029] 射电源流量观测采用0N/0FF模式，天线指向背景时，
[0030] Koff= (Tr+Tb+AT) /AT
[0031] 其中Tb为天空背景温度。天线指向射电源时：
[0032] Kon= (Tr +TS+Tb +AT)/AT
[0033] 其中Ts为射电源温度。
[0034] 射电源亮温度：
[0035] Ts=AT*(Kon-Koff)
[0036] 上式中，AT是已知可设参量。所以，可以由辐射计输出的直、交流电压之比得到 因子K，用0N、0FF观测周期的K因子之差来表征射电源的相对强度。比例因子K 的引入，即通过观测信号与校准信号比值的方式，排除了信号传输过程中，各设备的不稳定 增益漂移情况，从而可以获得较真实的射电源流量及其变化信息。获得射电源真实流量，可 通过已知强度校准源进行流量相对定标。
[0037] 如图2所示，在上述实施例的基础上，引入自适应偏置电压式K因子辐射计直流路 VDC处添加了反向偏置电压Vm，后经直流放大输出Vs。引入偏置电压，可以把OFF观测周期 的直流输出作为底值，在0N周期中将其扣除，可直接得到表征射电源流量的直流电压。另 夕卜，如果射电源流量强度相对于背景噪声强度较弱，扣除底值后对电压进行直流放大，有利 于获得更加精确地模拟电压值。
[0038] Vm信号由计算机自动设置，辐射计将VD。、VA。、Vs输入计算机，通过采集软件计算 ON、OFF周期的Ks :
[0039] Ks =Vs /VAC
[0040] 射电源相对流量由AT*KS得出。
[0041] 如图3所示，本实用新型辐射计的放大电路由比例放大、比例积分、可调比例放大 电路依次连接构成，在直流通路中设置有可编程比例放大芯片AD526,用于按需要调节比例 放大倍数；交流通路设置有可选开关ADG419,其工作信号与白噪声信号源供电信号一致； 以便计算白噪声信号的平均功率。
[0042] 本实用新型主要思想是将混频本振频率设置为通道内的强干扰频点，抑制最强干 扰，同时采用良好的镜像滤波器抑制带内次级干扰。另外，将中频滤波器、中频数控步进衰 减器等移入室内辐射计。选用这种内外设备分割法的优点有：可减去控制电缆；后级设备 工作在温度更稳定的室内条件下，可提高增益稳定性；减小高频室中设备尺寸和重量；便 于维修。如果中频中仍然存在干扰，可加中频陷波器加以抑制。
[0043] 为配合新研制的K因子辐射计的工作特点，需研制专用的观测软件。功能上包括： 单片机通讯和数据采集模块；数据预处理和记录模块；人机交互模块。软件通过C++编程语 言，在Windows平台下调用微软基础类库MFC(MicrosoftFoundationClassLibrary)，使 用VisualC++ 6. 0编辑环境编写。
[0044] 获得观测数据是软件的基础功能，故单片机通讯和数据采集模块是软件开发的首 要任务和基本目标。K因子辐射计包含模数转换的数据采集芯片，由单片机控制并通过串口 协议将数据发送给计算机。
[0045] 实现硬件接口选择串口R232,传输速度为28800bit/s，此速度可满足5ms采样 率的数据传输。对单片机与计算机传输数据协议格式进行了定义，主要包括辐射计状态命 令、三路电压数据、OWOFFi指示信号以及Vos偏置电压信号。软件对串口接收到的命令 包进行信息读取，并通过软件内部模块之间接口，将数据传递给数据预处理及记录和人机 交互模块。
[0046] 数据预处理模块接收到采集的数据，进行初步处理，功能有：
[0047] 1)数据记录：VAC，VDC，Vs，Ks;其中，时计算储存；
[0048] 2) 0FF/0N半周期数据处理：计算VA。，VD。，KS()ff，Ksm平均值，方差，并剔除干扰数 据；
[0049] 3)利用公式
【权利要求】
1. 一种抗干扰射电天文K因子辐射计，其特征在于，所述辐射计设置有电源模块，所述 电源模块用于为一恒温噪声源供电，所述辐射计接收所述噪声源发出的白噪声信号和观测 信号； 所述辐射计还包括信号放大电路、直流通路、交流通路和A/D采集电路； 所述信号放大电路用于将耦合后的观测信号和白噪声信号进行放大，并将放大后的信 号经同样的传输线路输入所述直流通路和交流通路； 所述直流通路和交流通路将接收到的信号进行交直流分流，交流通路为强度已知的白 噪声信号，直流通路为包含流量信息的强度信号；将直流通路的信号、交流通路信号二者的 比值定义为K因子； 所述A/D采集电路用于采集直流通路和交流通路信号，并将采集的信号输入观测软 件，进行数据预处理及记录。
2. 根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述直流通路的输出信号下游设置反 向偏置电压电路，把OFF观测周期的直流输出作为底值，在ON周期中将其扣除。
3. 根据权利要求2所述的辐射计，其特征在于，所述反向偏置电压电路下游设置有直 流信号放大电路，对扣除底值后的直流电压进行放大。
4. 根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述信号放大电路由比例放大、比例积 分、可调比例放大电路依次连接构成。
5. 根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述直流通路设置有可编程比例放大 芯片AD526,用于调节比例放大倍数。
6. 根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述交流通路设置有可选开关ADG419， 其工作信号与白噪声信号源供电信号相同。
【文档编号】G01R29/08GK204203364SQ201420628856
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】刘彬, 刘丽佳, 彭勃 申请人:中国科学院国家天文台