一種抗干擾射電天文k因子輻射計(jì)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種抗干擾射電天文K因子輻射計(jì)，該輻射計(jì)設(shè)置有電源模塊，電源模塊用于為一恒溫噪聲源供電，輻射計(jì)接收所述噪聲源發(fā)出的白噪聲信號(hào)和觀測(cè)信號(hào)；該輻射計(jì)還包括信號(hào)放大電路、直流通路、交流通路和A/D采集電路；直流通路和交流通路將接收到的信號(hào)進(jìn)行交直流分流，交流通路為強(qiáng)度已知的白噪聲信號(hào)，直流通路為包含流量信息的強(qiáng)度信號(hào)；K因子為直流通路的信號(hào)、交流通路信號(hào)二者的比值；通過(guò)噪聲信號(hào)平均功率的強(qiáng)度起伏來(lái)標(biāo)定天線(xiàn)接收機(jī)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性；可將天線(xiàn)系統(tǒng)整體的各項(xiàng)不穩(wěn)定因素一并剔除，排除了每一個(gè)傳輸器件的增益漂移等不穩(wěn)定因素，提高了系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抗干擾射電天文K因子輻射計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉涉及一種抗干擾射電天文K因子輻射計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002] 射電天文流量觀測(cè)的接收機(jī)系統(tǒng)由低噪聲放大器，濾波、混頻器和中頻放大，以及 總功率輻射計(jì)組成。傳統(tǒng)的接收機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)是各個(gè)組成部分獨(dú)立行使功能，完成對(duì)信號(hào)的 處理。傳統(tǒng)輻射計(jì)的基本功能是：檢測(cè)某一頻帶內(nèi)信號(hào)總功率的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)射電源的 流量監(jiān)測(cè)。目前傳統(tǒng)的射電天文輻射計(jì)是基于檢波二極管的，檢波二極管通過(guò)其載流子與 輸入信號(hào)功率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，輸出的直流電壓與輸入信號(hào)的總功率呈線(xiàn)性關(guān)系，由此來(lái) 確定輸入寬帶信號(hào)的總功率大小。
[0003] 射電天文研究中，需要對(duì)射電源進(jìn)行高精度的流量觀測(cè)，如對(duì)標(biāo)準(zhǔn)源的流量定標(biāo)， 射電變?cè)吹难芯?，以及星際閃爍和行星際閃爍的研究等等。此時(shí)，環(huán)境的無(wú)線(xiàn)電干擾和天線(xiàn) 系統(tǒng)各器件及傳輸線(xiàn)路的增益/衰減穩(wěn)定性成為兩大制約因素。傳統(tǒng)的接收機(jī)系統(tǒng)正常工 作時(shí)，不具備對(duì)各器件的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)的功能，一定程度上無(wú)法區(qū)分最終觀測(cè)數(shù)據(jù)的強(qiáng) 度變化是來(lái)自天線(xiàn)接收信號(hào)自身的變化還是由于經(jīng)天線(xiàn)接收機(jī)系統(tǒng)傳輸過(guò)程中引入的起 伏；系統(tǒng)設(shè)備的增益漂移會(huì)導(dǎo)致射電源流量曲線(xiàn)嚴(yán)重失真，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種抗干擾射電天文K 因子輻射計(jì)，該輻射計(jì)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決了信號(hào)傳輸過(guò)程中設(shè)備增益漂移影響系 統(tǒng)精度的問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種抗干擾射電天文K因子輻射計(jì)，輻射計(jì)設(shè)置有電源模塊，所述電源模塊用于 為一恒溫噪聲源供電，所述輻射計(jì)接收所述噪聲源發(fā)出的白噪聲信號(hào)和觀測(cè)信號(hào)；
[0007] 所述輻射計(jì)還包括信號(hào)放大電路、直流通路、交流通路和A/D采集電路；
[0008] 所述信號(hào)放大電路用于將耦合后的觀測(cè)信號(hào)和白噪聲信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后 的信號(hào)經(jīng)同樣的傳輸線(xiàn)路輸入所述直流通路和交流通路；
[0009] 所述直流通路和交流通路將接收到的信號(hào)進(jìn)行交直流分流，交流通路為強(qiáng)度已知 的白噪聲信號(hào)，直流通路為包含流量信息的強(qiáng)度信號(hào)；將直流通路的信號(hào)、交流通路信號(hào)二 者的比值定義為K因子；
[0010] 所述A/D采集電路用于采集直流通路和交流通路信號(hào)，并將采集的信號(hào)輸入觀測(cè) 軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理及記錄。
[0011] 進(jìn)一步，所述直流通路的輸出信號(hào)下游設(shè)置反向偏置電壓電路，把OFF觀測(cè)周期 的直流輸出作為底值，在0N周期中將其扣除。
[0012] 進(jìn)一步，所述反向偏置電壓電路下游設(shè)置有直流信號(hào)放大電路，對(duì)扣除底值后的 直流電壓進(jìn)行放大。
[0013] 進(jìn)一步，所述信號(hào)放大電路由比例放大、比例積分、可調(diào)比例放大電路依次連接構(gòu) 成。
[0014] 進(jìn)一步，所述直流通路設(shè)置有可編程比例放大芯片AD526,用于調(diào)節(jié)比例放大倍 數(shù)。
[0015] 進(jìn)一步，所述交流通路設(shè)置有可選開(kāi)關(guān)ADG419,其工作信號(hào)與白噪聲信號(hào)源供電 信號(hào)相同。
[0016] 本實(shí)用新型的輻射計(jì)具有如下特點(diǎn)：通過(guò)噪聲信號(hào)平均功率的強(qiáng)度起伏來(lái)標(biāo)定天 線(xiàn)接收機(jī)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性；可將天線(xiàn)系統(tǒng)整體的各項(xiàng)不穩(wěn)定因素一并剔除，排除了每一 個(gè)傳輸器件的增益漂移等不穩(wěn)定因素，提高了系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本實(shí)用新型輻射計(jì)的原理示意圖；
[0018] 圖2是本實(shí)用新型輻射計(jì)設(shè)置反向偏置電壓電路的原理示意圖；
[0019] 圖3是本實(shí)用新型輻射計(jì)的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)解釋本實(shí)用新型的方案：
[0021] 如圖1所示，天線(xiàn)系統(tǒng)前端注入方波調(diào)制的白噪聲信號(hào)，與觀測(cè)信號(hào)耦合后經(jīng)過(guò) 同樣的傳輸路線(xiàn)輸入低噪聲放大器，輻射計(jì)內(nèi)部對(duì)信號(hào)進(jìn)行交直流分流，交流通路為注入 的強(qiáng)度已知校準(zhǔn)信號(hào)，直流通路為包含流量信息的強(qiáng)度信號(hào)；最終通過(guò)二者的比值，扣除天 線(xiàn)設(shè)備增益漂移因素，得出射電源相對(duì)強(qiáng)度信息。同時(shí)，輻射計(jì)還包括單片機(jī)A/D采集及控 制電路，用于采集直流通路和交流通路信號(hào)，并將采集的信號(hào)輸入觀測(cè)軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處 理及記錄；白噪聲信號(hào)源由輻射計(jì)輸出的lKHz的交變方波調(diào)制信號(hào)為其供電，簡(jiǎn)化了系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)。
[0022] 圖1右側(cè)所示，天線(xiàn)輸入信號(hào)包括天線(xiàn)溫度Ta、系統(tǒng)噪聲溫度I；和方波調(diào)制的噪 聲溫度AT，其中直流分量包括Ta，I；，AT;交流分量包括AT。圖1左側(cè)，假設(shè)K因子輻射 計(jì)內(nèi)部直流、交流通路增益相等，為K。，S卩：Kd=Ka=K。。
[0023] 福射計(jì)輸出電壓直流分量：
[0024] Vd=a*K0*Kc* (Tr+Ta+AT)
[0025] 交流分量：
[0026] Va=a*K0*Kc*AT
[0027] 其中a為比例常數(shù)。直流、交流之比K:
[0028] K=Vd/Va= (Tr+Ta+AT)/T
[0029] 射電源流量觀測(cè)采用0N/0FF模式，天線(xiàn)指向背景時(shí)，
[0030] Koff= (Tr+Tb+AT) /AT
[0031] 其中Tb為天空背景溫度。天線(xiàn)指向射電源時(shí)：
[0032] Kon= (Tr +TS+Tb +AT)/AT
[0033] 其中Ts為射電源溫度。
[0034] 射電源亮溫度：
[0035] Ts=AT*(Kon-Koff)
[0036] 上式中，AT是已知可設(shè)參量。所以，可以由輻射計(jì)輸出的直、交流電壓之比得到 因子K，用0N、0FF觀測(cè)周期的K因子之差來(lái)表征射電源的相對(duì)強(qiáng)度。比例因子K 的引入，即通過(guò)觀測(cè)信號(hào)與校準(zhǔn)信號(hào)比值的方式，排除了信號(hào)傳輸過(guò)程中，各設(shè)備的不穩(wěn)定 增益漂移情況，從而可以獲得較真實(shí)的射電源流量及其變化信息。獲得射電源真實(shí)流量，可 通過(guò)已知強(qiáng)度校準(zhǔn)源進(jìn)行流量相對(duì)定標(biāo)。
[0037] 如圖2所示，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，引入自適應(yīng)偏置電壓式K因子輻射計(jì)直流路 VDC處添加了反向偏置電壓Vm，后經(jīng)直流放大輸出Vs。引入偏置電壓，可以把OFF觀測(cè)周期 的直流輸出作為底值，在0N周期中將其扣除，可直接得到表征射電源流量的直流電壓。另 夕卜，如果射電源流量強(qiáng)度相對(duì)于背景噪聲強(qiáng)度較弱，扣除底值后對(duì)電壓進(jìn)行直流放大，有利 于獲得更加精確地模擬電壓值。
[0038] Vm信號(hào)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)置，輻射計(jì)將VD。、VA。、Vs輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)采集軟件計(jì)算 ON、OFF周期的Ks :
[0039] Ks =Vs /VAC
[0040] 射電源相對(duì)流量由AT*KS得出。
[0041] 如圖3所示，本實(shí)用新型輻射計(jì)的放大電路由比例放大、比例積分、可調(diào)比例放大 電路依次連接構(gòu)成，在直流通路中設(shè)置有可編程比例放大芯片AD526,用于按需要調(diào)節(jié)比例 放大倍數(shù)；交流通路設(shè)置有可選開(kāi)關(guān)ADG419,其工作信號(hào)與白噪聲信號(hào)源供電信號(hào)一致； 以便計(jì)算白噪聲信號(hào)的平均功率。
[0042] 本實(shí)用新型主要思想是將混頻本振頻率設(shè)置為通道內(nèi)的強(qiáng)干擾頻點(diǎn)，抑制最強(qiáng)干 擾，同時(shí)采用良好的鏡像濾波器抑制帶內(nèi)次級(jí)干擾。另外，將中頻濾波器、中頻數(shù)控步進(jìn)衰 減器等移入室內(nèi)輻射計(jì)。選用這種內(nèi)外設(shè)備分割法的優(yōu)點(diǎn)有：可減去控制電纜；后級(jí)設(shè)備 工作在溫度更穩(wěn)定的室內(nèi)條件下，可提高增益穩(wěn)定性；減小高頻室中設(shè)備尺寸和重量；便 于維修。如果中頻中仍然存在干擾，可加中頻陷波器加以抑制。
[0043] 為配合新研制的K因子輻射計(jì)的工作特點(diǎn)，需研制專(zhuān)用的觀測(cè)軟件。功能上包括： 單片機(jī)通訊和數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)預(yù)處理和記錄模塊；人機(jī)交互模塊。軟件通過(guò)C++編程語(yǔ) 言，在Windows平臺(tái)下調(diào)用微軟基礎(chǔ)類(lèi)庫(kù)MFC(MicrosoftFoundationClassLibrary)，使 用VisualC++ 6. 0編輯環(huán)境編寫(xiě)。
[0044] 獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)是軟件的基礎(chǔ)功能，故單片機(jī)通訊和數(shù)據(jù)采集模塊是軟件開(kāi)發(fā)的首 要任務(wù)和基本目標(biāo)。K因子輻射計(jì)包含模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集芯片，由單片機(jī)控制并通過(guò)串口 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0045] 實(shí)現(xiàn)硬件接口選擇串口R232,傳輸速度為28800bit/s，此速度可滿(mǎn)足5ms采樣 率的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議格式進(jìn)行了定義，主要包括輻射計(jì)狀態(tài)命 令、三路電壓數(shù)據(jù)、OWOFFi指示信號(hào)以及Vos偏置電壓信號(hào)。軟件對(duì)串口接收到的命令 包進(jìn)行信息讀取，并通過(guò)軟件內(nèi)部模塊之間接口，將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)預(yù)處理及記錄和人機(jī) 交互模塊。
[0046] 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊接收到采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步處理，功能有：
[0047] 1)數(shù)據(jù)記錄：VAC，VDC，Vs，Ks;其中，時(shí)計(jì)算儲(chǔ)存；
[0048] 2) 0FF/0N半周期數(shù)據(jù)處理：計(jì)算VA。，VD。，KS()ff，Ksm平均值，方差，并剔除干擾數(shù) 據(jù)；
[0049] 3)利用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種抗干擾射電天文K因子輻射計(jì)，其特征在于，所述輻射計(jì)設(shè)置有電源模塊，所述 電源模塊用于為一恒溫噪聲源供電，所述輻射計(jì)接收所述噪聲源發(fā)出的白噪聲信號(hào)和觀測(cè) 信號(hào)； 所述輻射計(jì)還包括信號(hào)放大電路、直流通路、交流通路和A/D采集電路； 所述信號(hào)放大電路用于將耦合后的觀測(cè)信號(hào)和白噪聲信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信 號(hào)經(jīng)同樣的傳輸線(xiàn)路輸入所述直流通路和交流通路； 所述直流通路和交流通路將接收到的信號(hào)進(jìn)行交直流分流，交流通路為強(qiáng)度已知的白 噪聲信號(hào)，直流通路為包含流量信息的強(qiáng)度信號(hào)；將直流通路的信號(hào)、交流通路信號(hào)二者的 比值定義為K因子； 所述A/D采集電路用于采集直流通路和交流通路信號(hào)，并將采集的信號(hào)輸入觀測(cè)軟 件，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理及記錄。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計(jì)，其特征在于，所述直流通路的輸出信號(hào)下游設(shè)置反 向偏置電壓電路，把OFF觀測(cè)周期的直流輸出作為底值，在ON周期中將其扣除。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射計(jì)，其特征在于，所述反向偏置電壓電路下游設(shè)置有直 流信號(hào)放大電路，對(duì)扣除底值后的直流電壓進(jìn)行放大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計(jì)，其特征在于，所述信號(hào)放大電路由比例放大、比例積 分、可調(diào)比例放大電路依次連接構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計(jì)，其特征在于，所述直流通路設(shè)置有可編程比例放大 芯片AD526,用于調(diào)節(jié)比例放大倍數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射計(jì)，其特征在于，所述交流通路設(shè)置有可選開(kāi)關(guān)ADG419， 其工作信號(hào)與白噪聲信號(hào)源供電信號(hào)相同。
【文檔編號(hào)】G01R29/08GK204203364SQ201420628856
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】劉彬, 劉麗佳, 彭勃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)