基于无人机的目标Ka波段双极化辐射获取装置的制作方法

本实用新型属于目标探测监测技术领域，特别是一种基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取装置。

背景技术：

根据普朗克定律，所有自然界中的物质，只要自身温度处于绝对零度以上，都会自发的向外发射电磁波辐射，其中微波是频率范围在0.3-300ghz的电磁波。微波辐射计是一种接收微弱电磁波辐射信号的高灵敏度的接收机，可以接收各种物体目标的自然辐射信号，包括目标自身的热辐射和目标反射其他辐射源的辐射。

ka波段毫米波辐射探测是一种典型的被动遥感探测方式。目前，国内外关于ka波段毫米波辐射探测的研究主要涉及海洋、土壤、月壤等领域，对于目标辐射特性的研究主要涉及草地、金属、水面等。随着空间微波遥感技术的不断发展，机载ka波段微波辐射计系统的应用也越来越广泛。基于毫米波辐射计穿透能力强、探测精度高、探测器件体积小，低仰角探测能力好的众多优点，它在监测雪山冰川融化、测量土壤水分、海岸线提取、探测月球表面等方面得到了广泛的应用。

而现有的星载、机载辐射计系统都是以狄克式辐射计为主，其中包含狄克式开关等部件导致重量重、体积大，通常以有人机和卫星为平台，不易实现无人机载。无人机搭载的毫米波辐射计尚处于研究阶段，无法同时获取水平极化与垂直极化的测试数据，需手动拆卸辐射计调整极化方向，使试验繁琐复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取装置，体积小、重量轻、操作简单。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取装置，包括无人机和固定搭载于所述无人机上的ka波段双极化辐射计，所述ka波段双极化辐射计包括ka波段天线1、第一射频低噪放2、第一检波器3、第一低频放大器4、第二射频低噪放5、第二检波器6、第二低频放大器7、温度计模块8、定标装置9、无线传输模块10和数据处理模块11；所述ka波段天线1对准被测目标12，其输出端分别与第一射频低噪放2和第二射频低噪放5的输入端相连，所述第一检波器3的输入端与第一射频低噪放2的输出端相连，其输出端与第一低频放大器4的输入端相连，所述第二检波器6的输入端与第二射频低噪放5的输出端相连，其输出端与第二低频放大器7的输入端相连，所述定标装置9的第一输入端分别与第一低频放大器4和第二低频放大器7的输出端相连，所述温度计模块8的输入端与被测目标12相连，其输出端与定标装置9的第二输入端相连，所述定标装置9的输出端与无线传输模块10的输入端相连，所述无线传输模块10的输出端与数据处理模块11相连。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

1、装置体积小、重量轻：采用全功率直放式辐射计，省去了传统狄克式辐射计中“dicke开关”等部件，采用直放式接收模块，不含有本振，将射频低噪放放大器与检波器安装在同一个腔体内，使结构简单、紧凑、体积小，总质量小于2kg，易于实现无人机载。

2、操作简单便捷：该装置使用弯波导连接两个透镜天线，便于同时获取目标的水平极化与垂直极化辐射信息，无需手动调整天线极化方向；采用无线数据传输系统，可以远程操作，使测试过程更加简单便捷。

3、平台适应性佳：具有全天时全天候的工作能力，可以在各类烟、雾、霾状态下正常工作，无人机毫米波辐射特性应用，可以适合各种远近及不易接触目标状态的实际应用条件，搭载平台具有极大的灵活性。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取装置的结构示意图。

图2为基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取方法的主流程图。

图中，ka波段天线1，第一射频低噪放2，第一检波器3，第一低频放大器4，第二射频低噪放5，第二检波器6，第二低频放大器7，温度计模块8，定标装置9，无线传输模块10，数据处理模块11。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取装置，包括无人机和固定搭载于所述无人机上的ka波段双极化辐射计，所述ka波段双极化辐射计包括ka波段天线1、第一射频低噪放2、第一检波器3、第一低频放大器4、第二射频低噪放5、第二检波器6、第二低频放大器7、温度计模块8、定标装置9、无线传输模块10和数据处理模块11；

所述ka波段天线1对准被测目标12，其输出端分别与第一射频低噪放2和第二射频低噪放5的输入端相连，所述第一检波器3的输入端与第一射频低噪放2的输出端相连，其输出端与第一低频放大器4的输入端相连，所述第二检波器6的输入端与第二射频低噪放5的输出端相连，其输出端与第二低频放大器7的输入端相连，所述定标装置9的第一输入端分别与第一低频放大器4和第二低频放大器7的输出端相连，所述温度计模块8的输入端与被测目标12相连，其输出端与定标装置9的第二输入端相连，所述定标装置9的输出端与无线传输模块10的输入端相连，所述无线传输模块10的输出端与数据处理模块11相连。

所述第一射频低噪放2和第二射频低噪放5的增益大于35db。

ka波段辐射获取系统采用ka波段天线，波束宽度1.5°，中心频率35ghz，带宽2ghz，低放增益为35db。检波器检出包络信号；低频放大器采用交流和直流两种模式，可以根据要求辐射特性测试进行切换；温度计模块用来采集被测目标材料的温度；定标装置把电压信号化为温度信号；无线传输模块将测试数据传送至软件控制端；数据处理部分包括数据采集和处理电路、数据显示电路。以上电路的功能就是对目标材料的毫米波ka波段辐射特性进行综合判别。

本实用新型装置的工作过程如下：

第一步：搭载无人机：将ka波段双极化辐射计搭载上无人机平台；

第二步：系统校准：上电预热20-30min，通过辐射计内自带的标准黑体同时对水平/垂直极化通道进行系统校准；

第三步：采用ka波段，同时采集目标的水平/垂直极化通道的天线温度；

第四步：根据采样的天线温度，反演得到视在温度。

最后：通过无线传输系统将辐射计采集的数据传送回地面控制端，通过软件进行极化处理，从而得到被测目标的辐射信息，并且可以根据要求定时更新，使测试结果更加准确；

针对目前辐射计系统体积大、重量重，无人机载装配难度高，无法同时获取水平极化与垂直极化的测试数据，使操作繁琐复杂的问题，本实用新型提供了一种无人机载ka波段双极化辐射计系统，主要创新点如下：

(1)辐射计的应用目前主要集中在遥感和特殊军事领域，微波尤其是无源毫米波ka波段辐射在民用近感领域的相关研究尚未达到广泛实用化的程度，因此预先开展ka波段双极化毫米波辐射计可弥补相关民用领域应用的薄弱研究环节。

(2)无源毫米波辐射计探测具有全天时全天候的工作性能，可获取恶劣天气、环境下可见光与红外探测器不能获取的特殊信息。利用双极化系统可以同时获取材料水平极化与垂直极化的目标毫米波辐射特性，可以为目标属性的准确判决提供科学依据。

(3)该集成系统体积小，重量轻，可以利用无线传输系统实现无人机载探测信息与指令的交互传输处理。

(4)目前常规水面目标探测多选择在可见光或红外波段，尤其是缺乏微波波段的研究情况，如将微波波段与可见光或近红外复合可大大提高对水上目标特性的获取能力。

目前小型无人机探测主要集中在光学、红外波段，微波尤其是ka波段毫米波辐射率测量还远未达到实用化的程度。因此本实用新型提出一种无人机载ka波段双极化辐射计，通过对目标的双极化信息获取，由无线传输系统经软件处理得到目标的辐射和物理几何特征。本实用新型应用无源毫米波辐射理论，根据民用目标辐射特性测量的实际需要，应用ka波段毫米波辐射特性获取被测目标的辐射特性和参数。这就为获取目标特征提供了技术支撑和实验方法。毫米波辐射计具有全天时、全天候的特点，本实用新型的效果是经过两路技术实现方法的综合分析和归纳，可以确定目标的双极化辐射特性，为不易接近的目标(如水上目标)特征获取与分析提供了科学依据和物质支撑。

如图2所示，基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取方法，包括如下步骤：

(10)天线温度获取：采用基于无人机的ka波段双极化辐射计，同时采集目标的水平和垂直极化通道的天线温度；

(20)辐射亮温反演：根据目标的水平和垂直极化通道的天线温度，反演得到被测目标视在温度。

(30)极化信息处理：对目标视在温度进行极化处理，得到目标的辐射信息。

优选地，

所述ka波段双极化辐射计采用弯波导连接两根透镜天线，从而同时获取水平及垂直极化通道的天线温度。

与采用单极化天线的传统辐射计相比，无需手动拆卸辐射计旋转天线便可以获取双极化辐射信息，操作简便。

基于无人机的目标ka波段双极化辐射获取可分为两路进行：一路是进行ka毫米波辐射计系统的水平极化辐射特性分析。一路是进行ka毫米波辐射计系统的垂直极化辐射特性分析。两路的输出结果由无线传输系统传送回软件控制端，得到系统定标方程。通过反演运算得到目标材料的辐射特性。尤其是该方法具有全天时全天候的工作能力，可以在各类烟、雾、霾状态下正常工作。ka毫米波辐射特性可以作为陆基、机载和星载应用，可以治理各种远近状态的实际应用条件，具有搭载平台的通用性。