[发明专利]用于目标辐射特性测量的毫米波辐射计接收机及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，特别是一种用于目标辐射特性测量的毫米波辐射计接收机及测量方法。

背景技术

毫米波辐射测量作为一种被动测量方式，它接收的是绝对零度以上的物体自然辐射的毫米波波段电磁波。由于不同物体的介电常数、表面粗糙度和形状等性能参数不同，其辐射特性具有较大的差异。正是基于不同目标之间的毫米波辐射特性差异，使得作为目标毫米波辐射特性测量设备的毫米波辐射计，被广泛应用于目标探测与定位、隐匿违禁物品成像等领域。

在众多用于辐射特性测量的辐射计接收机体制中，全功率辐射计是应用最早、结构最简单的一种，但受系统增益变化影响其测量精度较差。为减小系统增益起伏对辐射计测量精度的影响，研究人员提出了迪克式及其改进型等辐射计接收机，其基本原理是对两个参考负载进行循环测量以消除增益起伏影响。如文献(彭树生等，"A Receiver in a Millimeter Wave Radiometer for Atmosphere Remote Sensing."Journal of Infrared,Millimeter,and Terahertz Waves 30.3(2009):259-269)提出了一种改进噪声相加型辐射计接收机，其通过注入周期性方波噪声消除了增益变化影响。但该接收机视频信号处理电路包括视频公共通道放大器，直流通道放大、积分电路，隔直电容，同步解调电路及交流通道放大、积分电路等，存在电路复杂、体积较大、调试困难、灵活性较差等缺点。另外，该接收机需采用为测量过程提供参考标准的常温匹配负载及实现负载之间循环切换的射频开关以实现短周期定标技术，从而消除系统噪声温度漂移带来的测量精度的影响。但在毫米波波段，毫米波射频开关存在可靠性差、成本高等问题，极大影响了毫米波辐射特性测量接收机的性能并限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于目标辐射特性测量的毫米波辐射计接收机及测量方法，解决现有的改进噪声相加型毫米波辐射计接收机性能受射频开关制约较大，视频信号处理电路复杂、调试困难、灵活性差等问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种用于目标辐射特性测量的毫米波辐射计接收机，包括天线、电控衰减器、定向耦合器、隔离器、混频器、本振源、前置中频放大器、带通滤波器、主中频放大器、平方律检波器、视频放大器、积分器、温度计、信号采集与处理单元、噪声源和噪声源调制器；

所述天线与电控衰减器的输入端相连，电控衰减器的输出端与定向耦合器的输入端相连；噪声源的输出端与定向耦合器的耦合端相连，定向耦合器的输出端与隔离器的输入端相连；隔离器的输出端与混频器的射频输入端相连，混频器的本振输入端与本振源相连，混频器的中频输出端与前置中频放大器相连；前置中频放大器放大的中频信号经带通滤波器进行滤波后输入至主中频放大器，主中频放大器的输出端与平方律检波器相连，对信号进行平方律检波，检波信号经视频放大器放大、积分器积分后输入到信号采集与处理单元进行辐射计输出信号的采集处理；信号采集与处理单元通过噪声源调制器与噪声源的输入端相连，控制噪声源输出的通断；温度计用于检测电控衰减器的物理温度。

一种毫米波目标辐射特性测量方法，包括以下步骤：

步骤1、信号采集与处理单元中的单片机控制D/A转换器输出一电压将电控衰减器衰减最大，单片机控制A/D转换器以整数倍噪声源调制信号频率的采样频率f_s对目标辐射特性测量接收机的输出信号进行采样；

步骤2、读取温度计测量数据，得到电控衰减器的物理温度为T_c；

步骤3、当电控衰减器衰减最大时，确定连续N_C个周期内的平均压比系数k_c；

步骤4、信号采集处理单元中的单片机控制D/A转换器输出零电压，使得电控衰减器衰减最小，信号采集处理单元进行采样，采样频率为f_s；

步骤5、当电控衰减器衰减最小时，确定连续N_C个周期内的平均压比系数k_x；

步骤6、确定目标的测量辐射亮度温度T_x：

T_x＝T_c+C(k_x-k_c)

其中，C为辐射计接收机定标因子。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：