毫米波辐射计定标系统

引言

毫米波辐射计定标实验的特点是:时间长、采集速度快、数据量大、要求精确与稳定.例如测试辐射计的积分时间指标的时候一般要求每隔几个毫秒记录一次辐射计电输出数据.以往该项指标的测试是借助数据记录仪来完成数据记录,事后再进行测算,既不够精确也不能实时完成.智能定标系统一次实验便可自动测试出辐射计的各主要性能指标和定标议程,大大提高了定标实验的效率和精确度.实验结果与精度分析表明本文提出的定标系统能满足毫米波辐射计的定标要求.

1　自然变温智能定标系统的系统组成

自然变温定标源是一套脱胎于哈迪原型[1]的改进型地基小口径天线毫米辐射计整体定标设备,其结构如图1所示.让液氮自然挥发的同时间断性地测量定标负载的物理温度Ti(i=1,2,…,VN)和输出电压值Vouti.这样,定标负载物理温度采样点是从液氮沸点温度到室温区间取的一系列数据值.根据分层结构辐射理论,从物理温度值计算得到定标负载的辐射亮温值TBi,进而可以得到的辐射计测出的天线温度值TAi.把这一系列数据点(TAi,Vouti)用平滑的曲线连接起来就得到定标曲线.显然,自然变温定标源既可进行多点定标也可进行两点定标.哈迪所设计的定标源原型,由于辐射计喇叭天线罩在致冷定标负载的上部对着液氮浸泡的吸收体,液氮会从聚氨脂泡沫保角罩上开的孔洞中挥发出来,导致喇叭天线结霜,这会对定标精度有影响.如果将辐射计喇叭天线放在致冷定标负载的下部,并在吸收体与喇叭天线之间加一层对毫米波(微波)透明的隔热层(如聚苯乙烯泡沫),即可避免该问题(同时也避免了液氮液面对辐射计逆向传输噪声的反射作用),有助于提高精度.

系统在吸收体中央角锥安放2个铂电阻温度传感器(一个插在角锥顶端,另一个插在角锥的根部)以检测垂直方向上的温度不均匀性;在吸收体边上的1个角锥顶部上放置温度传感器,以检测水平方向上的温度不均匀性.利用高精度DMM(Digital Mul-ti-Meter)构成测温仪,计算机通过数据采集控制箱自动控制采集温度数据,并将其通过IEEE488总线传递给计算机.辐射计输出的电压信号Vout直接通过A/D卡采集进入计算机.

软件系统运行在Windows操作平台上,采用VC++6.0开发.操作界面模拟了数字示波器的面板划分为4个区域:波形显示区、知识介绍区、操作面板区和数据显示区.它可以完全取代数据记录仪,定标过程的各个重要波形可以直接显示在屏幕上.由于要求能显示极为微小的变化情况,所以系统在图形显示上设置了二级控制,一是整体波形的放大显示,二是数据细微变化放大显示.最终,将所有测试数据与辐射计特性参数、定标议程都存入了Ac-cess数据库.