Оценка влияния неточности компенсации фонового шума на погрешность относительных радиотеплолокационных измерений Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 551.501

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НЕТОЧНОСТИ КОМПЕНСАЦИИ ФОНОВОГО ШУМА НА ПОГРЕШНОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ РАДИОТЕПЛОЛОКАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Е.В. ФЕДОСЕЕВА, Г.Г. ЩУКИН

В статье приведена оценка влияния неточности компенсации фонового шума на величину погрешности относительных радиотеплолокационных измерений радиояркостного контраста.

Ключевые слова: относительные радиотеплолокационные измерения, радиояркостный контраст, компенсация фонового шума.

Введение

В относительном методе измерения осуществляется прием радиошумового излучения с двух направлений - на исследуемую область пространства и на опорную область с последующим формированием разностного сигнала, величина которого пропорциональна радиояркост-ному контрасту исследуемой области. В первом приближении считается, что фоновое излучение, принимаемое антенной через область рассеяния ДН с двух направлений, создает одинаковое приращение выходного сигнала радиометра и компенсируется при выполнении разностных измерений. Данная предпосылка правомерна, если фоновое излучение пространства окружающего область исследования достаточно однородно и для дополнительного углового направления на опорную область не происходит значительного перераспределения ДН и областей окружающего пространства с сильно различающимся уровнем радиошумового излучения. При нарушении указанных условий сигнал, формируемый при направлении на опорную область, отличается от величины прироста основного выходного сигнала радиометра, что приводит к неполной компенсации фонового шума.

В данной статье рассмотрен вопрос оценки погрешности измерений радиояркостного контраста при неполной компенсации фонового шума.

Погрешность относительных измерений радиояркостного контраста при неполной компенсации фонового шума

Радиояркостный контраст АТя оценивается по величине разностной антенной температуры [1; 2]

ДТ„ = ДТ. (1 -Р)п + АТфРп, (1)

где ДТф - погрешность компенсации фонового шума при разностных измерениях; Ь - коэффициент рассеяния антенны; - КПД антенны.

При выполнении измерений радиояркостного контраста системой с градуировкой шкалы радиометра в антенных температурах [2] и проведении внутренней и внешней калибровки системы радиояркостный контраст определяется выражением

ДТя =-ТЬ(То' - Т., + 7^ ДТф, (2)

1 -Р иак -иок 1 -Ь

где Т0 - термодинамическая температура; Тяк - радиояркостная температура зенита; иак, иок -амплитуда выходного сигнала радиометра в режиме внешней и внутренней калибровки;

- величина, характеризующая временной дрейф коэффициента усиления радиометра; Диа = иа - иаоп - приращение выходного сигнала радиометра при направлении на область исследования по сравнению с опорной областью.

Относительная среднеквадратическая погрешность измерения радиояркостного контраста при условии наличия погрешности компенсации фонового шума определяется формулой

6іТя = К 2 6Ь + К ¡Тф 8іТф + К Т0 8 То + КТяк 5Т„ + КТ 8 Т, (3)

где 6АТф - относительная погрешность измерения, вызванная неточностью компенсации фонового шума, равная 6АТ = АТф / АТя; коэффициенты влияния погрешностей оценки соответст-

вующих параметров равны

(DTя -АТф)ß

Kß =

Кт = Так

(1 -ß)DT,

3

К

ß

АТф

- +

Т

(1 -ß)

- +

К =

Т

-L П

Т, - Т.

КТ = —

Т як Т

Т

Т

Т

0 ^ як

1/2

+ -

Т02 То2(То - TJ АТ;(1 -ßfh (То - TJ

(4)

Рассмотрим влияние погрешности компенсации фонового шума на общую погрешность измерения радиояркостного контраста при условии, что Т0 = 293К, р = 0.2, ^ = 0.85,

8Т = 0.01, 8Т = 0.05, 8Р = 0.1.

1 0 5 1 як 5 Р

На рис. 1, 2 приведены зависимости относительной среднеквадратической погрешности измерения радиояркостного контраста исследуемой области 8дТ от его абсолютной величины при различных значениях погрешности компенсации фонового шума ДТф.

&Тя DJ

0.4S 0.45 0.43 A4 0.3 S 0.35 0.33

о.;

0.2S

0.25

0.25

1,2

0,18

0.15

<Ш

м

0.075

0.05

0.025

О

!!■

і •

і ■

;

,

1 1 *

і ! ;

і і і \

\ \ :

і \ \ 4

і і , \

\ ' \ \

\ к у \

\і і #і

Л Jy

V \ ‘і ■ L ‘■V, " L

he __ -~ч “1 -■ т. JJirriÉ . .

О 20 40 60

SO

а

100 120 N0 160 1S0 200

4Ї*

5Тл 0.5

0.48

0.45

0.43

0.1

0.33

0.35

0.33

0.3

0.2S

0.25

0.23

0.2

0.13

0,15

0.13

0.1

0.075

0.Ö5

0.025

о

! ¡І

1 1 í

¡ ! *;

4 t ' і

1 і

1 і

1 1 і ;

і \ '

1 і

■

і >, ■

S і \ '* 4

і \ *

-tч- í 1

\2 '1 ,,ЛЧ.

1 \ v' -

\ . •■і,,.

ш 11^..,

0 20 40 60

SO 100 120 140 160 ISO 200

б ЛТя

Рис. 1. Зависимость среднеквадратической погрешности измерения радиояркостного контраста от его абсолютного значения при погрешности компенсации фонового шума 0 К (1), 10 К (2), 20 К (3), 30 К (4) при чувствительности радиометра 1К (а) и 0.1 К (б)

2

1

Рис. 2. Зависимость среднеквадратической погрешности измерения 5АТ при чувствительности радиометра 1К (1), 0.5 К (2), 0.1К (3) и составляющей погрешности КАТфЗАТф (4) от радиояркостного контраста области исследования при погрешности компенсации фонового шума 10 К (а) и 5К (б)

Анализ зависимостей относительных среднеквадратических погрешностей измерения радиояркостного контраста, приведенных на рис. 1, 2, позволяет сделать следующие выводы:

- при больших значениях измеряемого радиояркостного контраста АТя > 100К при условии полной компенсации составляющей фонового шума относительная среднеквадратическая погрешность измерения радиояркостного контраста составляет 3-5% и практически не зависит от чувствительности радиометра, а определяется величиной контраста и погрешностями измерения параметров р, Т0 и Тяк;

- с уменьшением радиояркостного контраста погрешность его измерения возрастает, в значительной степени завися от чувствительности радиометра, так для радиояркостного контраста АТ я = 10К погрешность измерения равна 23% и 3.4% при чувствительности радиометра 1К и 0.1К соответственно, а для АТя = 5К аналогичные значения равны 42% и 5%;

- при неполной компенсации фонового шума при измерении радиояркостного контраста погрешность измерения существенно возрастает, особенно при малых величинах АТя, так при

чувствительности радиометра 1К для радиояркостного контраста АТя = 10К погрешность измерения при погрешности компенсации фонового шума АТф = 0К, 10К и 20К равна соответственно 21%, 32.5%, 54.2%, а при чувствительности радиометра 0.1К значения аналогичных погрешностей составляют 3.4%, 25.1%, 50.1%;

- согласно рис. 2 для чувствительности радиометра 0.1К и выше основной вклад в погрешность измерения радиояркостного контраста при небольших значениях АТя дает погрешность компенсации фонового шума при проведении относительных измерений, при этом кривые зависимости общей погрешности измерений дАТ и ее составляющей КАТфЗАТф практически полностью совпадают.

Заключение

Таким образом, неполная компенсация фонового шума при проведении относительных измерений за счет различий его уровня по двум направлениям - на исследуемую и опорную область в сильной степени влияет на точность измерения радиояркостного контраста, особенно при применении высокочувствительных приемников в составе радиотеплолокационной системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Степаненко В.Д., Щукин Г.Г., Бобылев Л.П., Матросов С.Ю. Радиотеплолокация в метеорологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

2. Башаринов А.Е., Гуревич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. - М.: Наука, 1974.

3. Богородский В.В., Козлов А.И. Микроволновая радиометрия земных покровов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

4. Козлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн. - М.: Радиотехника, 2004. - Т. 3.

IMPACT ASSESSMENT OF INACCURACY OF COMPENSATING OF THE AMBIENT NOISE ON THE ERROR OF THE RELATIVE RADIO HEATLOCATIONAL MEASUREMENTS

Fedoseeva E.V., Schukin G.G.

The impact assessment of inaccuracy of compensating of an ambient noise is given in article on an error extent of the relative radio heatlocational measurements of radio brightness contrast.

Key words: the relative radio heatlocational measurements, radio brightness contrast, compensating of an ambient noise.

Сведения об авторах

Федосеева Елена Валерьевна, окончила Муромский филиал ВПИ (1984), кандидат технических наук, доцент кафедры радиотехники Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета, автор более 80 научных работ, область научных интересов - радиотеплолокационные системы, антенные измерения, техника СВЧ.

Щукин Георгий Георгиевич, 1938 г.р., окончил ЛИТМО (1961), заслуженный деятель науки Российской федерации и Кабардино-Балкарской Республики, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского, автор более 400 научных работ, область научных интересов - радиометеорология, распространение радиоволн, дистанционное зондирование.