Калибровка трёхдиапазонной сверхвысокочастотной радиометрической системы с компенсацией фоновых шумов

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.

1. Некос А. Н., Некос В. Е., Щукин Г. Г. Дистанционные методы исследований природных объектов. СПб.: РГГМУ, 2009. 318 с.

2. 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:10.1029/2002RS002856

3. Караваев 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.

4. Rose T., Crewell S., Lohnert U., and Simmer C., Atmospheric Research, 2005, vol. 75, no. 3, pp. 183–200. DOI:10.1016/j.atmosres.2004.12.005

5. Battaglia 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.2009.2013484

6. Westwater Ed. R., Crewell S., Mätzler C., Radio Science, 2004, no. 77, pp. 59–80. DOI:10.23919/URSIRSB.2004.7909438

7. Hewison T. J., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2007, no. 45, pp. 2163–2168. DOI:10.1109/TGRS.2007.898091

8. Marzano 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.2004.839595

9. Фалин В. В. Радиометрические системы СВЧ. М.: Луч, 1997. 440 с.

10. Han Y., and Westwater Ed. R., IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2000, no. 38, pp. 1260–1276. DOI:10.1109/36.843018

11. Mashwitz G., Lohnert U., Crewell S., Rose T., and Turner D. D., Atmospheric Measurement Techniques, 2013, no. 6, pp. 2641–2658. DOI:10.5194/atm-6-2641-2013

12. Cadeddu M. P., Liljegren J. C., and Turner D. D., Atmospheric Measurement Techniques, 2013, no. 6, pp. 2359–2372. DOI:10.5194/amt-6-2359-2013

13. Matzler C., Thermal Microwave Radiation: Applications for Remote Sensing, London, The Institution of Engineering and Technology, 2006, 583 р.

14. Miacci M., Angelis C. F., Journal of Aerospace Technology & Management, 2018, vol. 10, 12 р. DOI:10.5028/jatm.v10.927

15. Конникова В. К., Лехт Е. Е., Силантьев Н. А. Практическая радиоастрономия: Учебное пособие. М.: Издательство Московского университета, 2011. 304 с.

16. 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.

17. 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.

18. Федосеева Е. В., Ростокин И. Н. Радиометрическая система с дополнительным каналом формирования сигнала компенсации // Труды ГГО. 2010. Вып. 562. С. 243–257.

19. Федосеева Е. В. Оценка погрешности измерений радиояркостной температуры в радиотеплолокационных системах контроля метеопараметров с компенсацией фоновых шумов // Метрология. 2014. № 11. С. 33–42.

20. Ростокин 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.

21. 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.2019.8810166

22. Шутко А. М. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. 190 с.