izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-4-44-50izmertech-1783Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯRADIO MEASUREMENTSКалибровка трёхдиапазонной сверхвысокочастотной радиометрической системы с компенсацией фоновых шумовCalibration issues for a three-band microwave radiometric system with background noise compensationФедосееваЕ. В.FedoseevaE. V.

Муром, Владимирская область

Elena V. Fedoseeva

Murom, Vladimir region

elenafedoseeva@yandex.ruЩукинГ. Г.ShchukinG. G.

Санкт-Петербург

Georgy G. Shchukin

Saint Petersburg

 

ggshchukin@mail.ruРостокинИ. Н.RostokinI. N.

Муром, Владимирская область

 

Ilya N. Rostokin

Murom, Vladimir region

rostokin.ilya@yandex.ruМуромский институт (филиал) ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»РоссияMurom Institute (branch) of VPO “Vladimir state University named after Alexander Grigoryevich and Nikolay Grigoryevich Stoletov”Russian FederationВоенно-космическая академия имени А. Ф. МожайскогоРоссияMilitary space Academy named after A. F. MozhayskyRussian Federation202004072023044450Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1783

Показано, что для сверхвысокочастотных радиометрических систем дистанционного зондирования природных сред важен вопрос однозначного определения соответствия выходного сигнала значению радиояркостной температуры зондируемой области, по которой выполняется оценка физических параметров. Сверхвысокочастотные радиометрические системы работают в условиях действия внешних помех и фоновых шумов. В настоящей статье исследовано влияние фоновых шумов на внешнюю калибровку сверхвысокочастотной радиометрической системы по внешнему «детерминированному» источнику шумового сигнала. Проанализированы условия выполнения калибровки в системе с компенсацией влияния фоновых шумов. Выполненный анализ выходного сигнала сверхвысокочастотной радиометрической системы показал существенное влияние фоновых шумов на параметр, определяющий начало отсчёта шкалы приёмника. Рассмотрена возможность снижения помехового действия фоновых шумов на результаты измерений в сверхвысокочастотной радиометрической системе с двухканальной антенной, работающей на двух модах круглого волновода. Показано, что на выходе антенны формируется дополнительный сигнал компенсации. Проведена аналитическая оценка степени компенсации влияния фоновых шумов на выходной разностный сигнал системы. Выполнен численный анализ погрешности внешней калибровки трёх диапазонной сверхвысокочастотной радиометрической системы с компенсацией фоновых шумов при приёме радиотеплового излучения на общую апертуру антенны.

For microwave radiometric remote sensing systems in natural environments, the important issue is calibration, i.e. determination-one correspondence of values of the output signal value of the brightness temperature of the sensed region, the largest of which evaluated physical parameters. Microwave radiometric systems operate under the influence of external interference, for example, background noise – radiothermal radiation of the space surrounding the system, received through the scattering region of the antenna pattern. This article examines the influence of background noise on the external calibration of a microwave radiometric system (based on an external “deterministic” noise source) and analyzes the conditions for performing such calibration in a system with compensation for the influence of background noise. The analysis of the output signal of the microwave radiometric system showed a significant influence of background noise on the parameter determined during calibration of the system – the beginning of the receiver scale, due to a change in the value of the contribution of background noise to the output signal when forming two reference levels during calibration from two angular directions. The possibility of reducing the interference effect of background noise on the results of measurements in a microwave radiometric system with a special two-channel antenna operating on two modes of a circular waveguide, with the formation of an additional compensation signal at the antenna output, is shown. The proposed version of the analytical evaluation of the degree of compensation of the influence of background noise on the output diff erential signal of the system and presents results of its application to numerical analysis of error in external calibration a tri-band microwave radiometric system with compensation of background noise when receiving thermal radiation on the total aperture of the antenna

сверхвысокочастотная радиометрическая системакалибровка по радиотепловому излучению атмосферырадиояркостная температуракомпенсация фоновых шумов.microwave radiometric systemcalibration for a radio thermal radiation of the atmospherebrightness temperaturecompensation of background noise.ReferencesНекос А. Н., Некос В. Е., Щукин Г. Г. Дистанционные методы исследований природных объектов. СПб.: РГГМУ, 2009. 318 с.Nekos A. N., Nekos V. E., Shchukin G. G., Distantsionnye metody issledovanii prirodnykh ob”ektov, Saint Petersburg, RGGMU Publ., 2009, 318 р. (in Russian).Ware R., Carpenter R., Guldner J., Liljegren J., Nehrkorn T., Solheim F., and Vandenberghe F., Radio Science, 2003, vol. 38, no. 4, pp. 8079–8032. DOI:10.1029/2002RS002856Ware R., Carpenter R., Guldner J., Liljegren J., Nehrkorn T., Solheim F., and Vandenberghe F., Radio Science, 2003, vol. 38, no. 4, pp. 8079–8032. DOI:10.1029/2002RS002856Караваев Д. М., Щукин Г. Г. Микроволновое радиометрическое зондирование системы «атмосфера – подстилающая поверхность». Вопросы радиометеорологии. СПб.: ВКА им. А. Ф. Можайского, ООО «Издательство «Балтийская печать», 2013. С. 173–192.Karavaev D. M., Shchukin G. G., Mikrovolnovoe radiometricheskoe zondirovanie sistemy “atmosfera – podstilayushchaya poverkhnost’”. Voprosy radiometeorologii, Saint Petersburg, VKA imeni A. F. Mozhaiskogo, OOO “Izdatel’stvo “Baltiiskaya pechat’” Publ., 2013, pp. 173–192 (in Russian).Rose T., Crewell S., Lohnert U., and Simmer C., Atmospheric Research, 2005, vol. 75, no. 3, pp. 183–200. DOI:10.1016/j.atmosres.2004.12.005Rose T., Crewell S., Lohnert U., and Simmer C., Atmospheric Research, 2005, vol. 75, no. 3, pp. 183–200. DOI:10.1016/j.atmosres.2004.12.005Battaglia A., Saavedra P., Simmer C., and Rose T. Rain, IEEE Geoscience and remote sensing letters, 2009, vol. 6, no. 2, pp. 354–358. DOI:10.1109/LGRS.2009.2013484Battaglia A., Saavedra P., Simmer C., and Rose T. Rain, IEEE Geoscience and remote sensing letters, 2009, vol. 6, no. 2, pp. 354–358. DOI:10.1109/LGRS.2009.2013484Westwater Ed. R., Crewell S., Mätzler C., Radio Science, 2004, no. 77, pp. 59–80. DOI:10.23919/URSIRSB.2004.7909438Westwater Ed. R., Crewell S., Mätzler C., Radio Science, 2004, no. 77, pp. 59–80. DOI:10.23919/URSIRSB.2004.7909438Hewison T. J., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2007, no. 45, pp. 2163–2168. DOI:10.1109/TGRS.2007.898091Hewison T. J., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2007, no. 45, pp. 2163–2168. DOI:10.1109/TGRS.2007.898091Marzano F. S., Cimini D., Ciotti P., Ware R., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2005, vol. 43, no. 5, pp. 1000–1011. DOI:10.1109/TGRS.2004.839595Marzano F. S., Cimini D., Ciotti P., Ware R., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2005, vol. 43, no. 5, pp. 1000–1011. DOI:10.1109/TGRS.2004.839595Фалин В. В. Радиометрические системы СВЧ. М.: Луч, 1997. 440 с.Falin V. V., Radiometricheskie sistemy SVCh, Moscow, Luch Publ., 1997, 440 p. (in Russian).Han Y., and Westwater Ed. R., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2000, no. 38, pp. 1260–1276. DOI:10.1109/36.843018Han Y., and Westwater Ed. R., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2000, no. 38, pp. 1260–1276. DOI:10.1109/36.843018Mashwitz G., Lohnert U., Crewell S., Rose T., and Turner D. D., Atmospheric Measurement Techniques, 2013, no. 6, pp. 2641–2658. DOI:10.5194/atm-6-2641-2013Mashwitz G., Lohnert U., Crewell S., Rose T., and Turner D. D., Atmospheric Measurement Techniques, 2013, no. 6,pp. 2641–2658. DOI:10.5194/atm-6-2641-2013Cadeddu M. P., Liljegren J. C., and Turner D. D., Atmospheric Measurement Techniques, 2013, no. 6, pp. 2359–2372. DOI:10.5194/amt-6-2359-2013Cadeddu M. P., Liljegren J. C., and Turner D. D., Atmospheric Measurement Techniques, 2013, no. 6, pp. 2359–2372. DOI:10.5194/amt-6-2359-2013Matzler C., Thermal Microwave Radiation: Applications for Remote Sensing, London, The Institution of Engineering and Technology, 2006, 583 р.Matzler C., Thermal Microwave Radiation: Applications for Remote Sensing, London, The Institution of Engineering and Technology, 2006, 583 р.Miacci M., Angelis C. F., Journal of Aerospace Technology & Management, 2018, vol. 10, 12 р. DOI:10.5028/jatm.v10.927Miacci M., Angelis C. F., Journal of Aerospace Technology&Management, 2018, vol. 10, 12 р. DOI: 10.5028/jatm.v10.927Конникова В. К., Лехт Е. Е., Силантьев Н. А. Практическая радиоастрономия: Учебное пособие. М.: Издательство Московского университета, 2011. 304 с.Konnikova V. K., Lekht Е. Е., Silant’ev N. A., Practical radio astronomy. Textbook, Moscow University Publ., 2011, 304 p.(in Russian).Федосеева Е. В., Щукин Г. Г. Вопросы метрологического обеспечения радиотеплолокационных измерений в условиях действия внешних шумовых помех: монография. Муром: Издательско-полиграфический центр Муромского института ВлГУ, 2012. 103 с.Fedoseeva E. V., Shchukin G. G., Voprosy metrologicheskogo obespecheniya radioteplolokatsionnykh izmerenii v usloviyakh deistviya vneshnikh shumovykh pomekh: monografi ya, Murom, Izdatel’skо-poligrafi cheskii tsentr Muromskogo instituta VLGU Publ., 2012, 103 p. (in Russian).Кабанов В. А. Радиометр для метеорологических измерений с точной калибровкой по яркостной температуре неба // Радиофизика и электроника. 2016. Т. 7 (21). № 3. С. 11–17.Kabanov V. A., Radiofi zika i ehlektronika, 2016, vol. 7 (21), no. 3, pp. 11–17 (in Russian).Федосеева Е. В., Ростокин И. Н. Радиометрическая система с дополнительным каналом формирования сигнала компенсации // Труды ГГО. 2010. Вып. 562. С. 243–257.Fedoseeva E. V., Rostokin I. N., Proceedings of MGO, 2010, vol. 562, pp. 243–257 (in Russian).Федосеева Е. В. Оценка погрешности измерений радиояркостной температуры в радиотеплолокационных системах контроля метеопараметров с компенсацией фоновых шумов // Метрология. 2014. № 11. С. 33–42.Fedoseeva E. V., Measurement Techniques, 2015, vol. 57, no. 12, pp. 1463–1468. DOI: 10.1007/s11018-015-0650-1Ростокин И. Н., Федосеева Е. В. Вопросы построения многочастотной радиометрической системы дистанционного зондирования облачной атмосферы с компенсацией фонового излучения // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. № 1 (17). С. 12–15.Rostokin I. N., Fedoseeva E. V., Radio and telecommunication systems, 2015, no. 1 (17), pp. 12–15 (in Russian).Rostokin I., Fedoseeva E., Rostokina E., Shchukin G., Multifrequency microwave radiometric method of detection and control of dangerous atmospheric weather events, resistant to changing measurement conditions, 2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP), Kazan, Russia, 1–6 July, 2019. DOI:10.1109/RWP.2019.8810166Rostokin I., Fedoseeva E., Rostokina E., Shchukin G., 2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP), Proceedings of the Conference, Kazan, Russia, 1–6 July 2019. DOI:10.1109/RWP.2019.8810166Шутко А. М. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. 190 с.Shutko A. M., SVCh-radiometriya vodnoj poverkhnosti i pochvogruntov, Moscow, Nauka Publ., 1986, 190 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.