全自动数字补偿毫米波辐射计及其应用研究

论文题目: 全自动数字补偿毫米波辐射计及其应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电磁场与微波技术

作者: 桂良启

导师: 张祖荫

关键词: 辐射计,系统增益,本机噪声,匹配负载,积分时间,灵敏度,稳定度,亮温,辐射效率

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 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

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 提高微波辐射计灵敏度和稳定度的研究

1.3 毫米波段天空和水面亮温的研究概况

1.4 星载毫米波辐射计定标的研究

1.5 本论文的研究目标与结构安排

2 全自动数字补偿毫米波辐射计的补偿理论

2.1 引言

2.2 微波辐射计的工作原理

2.3 以往微波辐射计的补偿办法

2.4 全自动数字补偿毫米波辐射计

2.5 本章小结

3 全自动数字补偿毫米波辐射计的硬件结构

3.1 引言

3.2 全自动数字补偿毫米波辐射计的硬件设计

3.3 低频放大电路的设计

3.4 全自动数字补偿电路的设计

3.5 本章小结

4 全自动数字补偿毫米波辐射计的软件构成和实验测量

4.1 引言

4.2 全自动数字补偿8mm 辐射测控系统模型

4.3 测控软件的设计

4.4 通信软件的设计

4.5 全自动数字补偿8mm 辐射计的实验测量

4.6 本章小结

5 全自动数字补偿毫米波辐射计的性能和误差分析

5.1 引言

5.2 辐射计的等效积分时间

5.3 全自动数字补偿毫米波辐射计的灵敏度

5.4 全自动数字补偿毫米波辐射计的稳定度

5.5 全自动数字补偿毫米波辐射计的精度

5.6 本章小结

6 星载微波辐射计的定标及天线辐射效率测量

6.1 引言

6.2 星载微波辐射计的定标方案和影响因素

6.3 全自动数字补偿毫米波辐射计的星载考虑

6.4 星载微波辐射计的天线反射面辐射效率的计算

6.5 星载微波辐射计的天线温度

6.6 本章小结

7 毫米波段天空和水面亮温的研究

7.1 引言

7.23 mm、8mm 波段天空亮温的研究

7.33 mm、8mm 波段光滑水面亮温的研究

7.43 mm、8mm 波段其它典型面目标的辐射测量

7.5 本章小结

8 全文总结

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的论文及获奖情况

附录2 所设计毫米波辐射计单片机控制系统原理图

发布时间: 2006-04-05

全自动数字补偿毫米波辐射计及其应用研究

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