绝对值检波狄克辐射计的指标测量与成像实验

《绝对值检波狄克辐射计的指标测量与成像实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·3O·遥测遥控2003年l1月绝对值检波狄克辐射计的指标测量与成像实验张光锋张祖荫郭伟(华中科技大学图像信息处理与智能控制实验室武汉430074)文摘对所研制的8mm非平衡绝对值检波狄克辐射计的主要技术参数进行了实验测量，并利用改进后的成像系统进行了目标辐射特性成像实验。结果表明，该辐射计工作状况稳定可靠，成像系统的图像质量得到了明显的改善。主题词辐射计灵敏度定标成像前言辐射测量中所用的接收机称为辐射计(Radiometer)。它最初主要用于射电天文方面，后来渐渐应用于被动微波遥感。微波辐射计通常是一部超外差接收机，通过接

2、收被测场景在一定频带内的电磁辐射，将其转换为输出的低频信号，用以表征被测场景的地物信息。用于微波遥感的辐射计主要有全功率辐射计、狄克辐射计和零平衡狄克辐射计三种。微波成像辐射计是被动式微波传感器的重要成员_1]，近年来，随着微波器件的进一步成熟以及计算机技术的飞速发展，成像辐射计技术也有了很大的进展。从近期的文献资料信息可知，辐射计技术正向多通道、多极化、高分辨率、高灵敏度方向发展，并逐步迈向实用化[2]r。目标物体辐射和反射(散射)电磁波的特性随目标物体内部原子、分子结构和物理特性(形状、大小、表面性质、介电常数、温度等)

3、的不同而变化，具有特征性的波长分布。这种电磁波的辐射和反射(散射)特性就构成了目标物体的波谱特性。微波辐射计成像系统就是利用微波辐射计来探测、接收被测目标、背景在微波波段的电磁散射，并把接收到的辐射信号按比例用伪彩色图像直观地显现出来。微波辐射计具有全天时全天候工作的能力，它可提供红外、光学探测器所不能提供的信息，因而在遥感和军事上获得了广泛的应用。l绝对值检波狄克辐射计系统结构绝对值检波狄克辐射计(非平衡)的原理框图示于图1[4][。接收机输入信号由狄克开关控制，一半时间接通丁一，一半时间接通恒温匹配负载丁er。可将匹配负

4、载与黑体等效，因此丁er等于它的物理温度，由于它恒定在固定的温度，所以丁er是确定的。狄克开关的开关速率使在一个开关周期内接收器的增益基本不变。通过检验丁和TREF的差值，可尽量减小甚至消除系统增益Gs的变化对灵敏度的影响。我们所研制的狄克辐射计的性能指标如下：狄克开关频率为495Hz；本振频率为35GHz；中频放大器频宽为5～1000MHz；前端噪声系数为6．5dB。恒温匹配负载(50。C)图1绝对值检波狄克辐射计收稿日期：2003—06—09收修改稿日期：2003—08—12第24卷第6期绝对值检波狄克辐射计的指标测量与

5、成像实验·31·积分时间为可变量(依实际需求而定)。在辐射计结构中，选用产品实现了混频器、本振、中频放大器，自行研制了低频放大器、绝对值检波器和匹配负载的恒温电路。在原来的系统中，我们采用的是同步检波狄克辐射计，它的原理框图示于图2。恒温匹配负载(50。c图2同步检波狄克辐射计与同步检波狄克辐射计相比，我们的绝对值检波狄克辐射计具有结构简单，容易实现，体积小等优点。设天线温度为丁，参考负载的温度为丁，系统增益为G。，则同步检波狄克辐射计的输出为V。一G。(丁～丁)／2，而绝对值检波狄克辐射计的输出为V。一GI丁一丁I／2。将

6、两式比较知，绝对值检波狄克辐射计有下面的缺点：对于温度为丁+丁和丁一丁的物体，绝对值检波狄克辐射计的输出是一样的，从而不能区分它们。而同步检波辐射计的输出则有正负之分，没有这个问题。进一步研究还可以发现，物体亮温很低时，绝对值检波狄克辐射计的线性度不好。实际测量结果表明，绝对值检波狄克辐射计的线性度为0．9995，而1997年使用的同步检波狄克辐射计的线性度为0．9999。这两个问题对于整个系统的影响并不很大。因为，本系统主要目标是用来进行地物成像实验，而不是进行地物辐射测量。故只要使不同地物的相对亮温有对比度即可。由于待测

7、目标之间的对比度很大，同时，所对地物的亮温都比较高，从而避开了非线性区，故在实际应用中能取得很好的效果。2辐射计指标测量辐射计的技术指标反映了辐射计工作性能的优劣。在微波辐射计的动态范围内，线性度表征辐射计输出指示与天线温度之间满足线性关系的程度，一般要求线性度>0．999。稳定度则表征在规定的工作条件下及规定的时间内保持规定技术性能的能力。而灵敏度和绝对精度是最重要的两个指标，它们表征了辐射计测量的温度分辨率和测量的准确程度。以下是对所研制的绝对值检波辐射计的主要技术指标进行的测量工作。2．1线性度测量微波辐射测量系统中，

8、之所以两点定标后可以用。表示丁，是假设一Vo—GT(1)成立，即辐射计的定标曲线如图3所示是线性的。为了使此假设成立，通过测量接收机的线性度来说明。图4为辐射计线性度的测量装置原理图。rA(K)匪[，图4辐射计线性度测量示意图图3辐射计定标曲线表1辐射计线性度测量数据T一T0(K)3002