[科普中国]-先进机载辐射计系统

组成

辐射计一般由辐射计探测头部、综合处理器、伺服控制器和定标源控制器组成。

辐射计探测头部包括天线、接收机、热定标源源体、信息采集器和探测头部配电器。辐射计有多个工作频点，配合不同极化多个接收通道。天线接收的信号按频率和极化分开，送入接收机中进行放大、平方律检波和低频放大，最后送到信息采集器进行数据采集和处理。接收机具有增益调整功能，包括在轨自适应调整和上行注入数据调整；星载热定标源提供两点定标时高温定标所需的信号，冷空反射器采集低温定标所需的信号。锁紧装置的作用是在卫星发射阶段固定微波辐射计的探测头部；在卫星人轨后，微波辐射计工作前完成解锁程序。

综合处理器是整个系统的控制中心，完成微波辐射计工作状态的控制和对外进行遥感、遥测、遥控等信息的交换。

伺服控制器驱动天线进行扫描观测。

定标源控制器完成定标源数据的采集、控制和处理功能。2

原理热辐射的产生是因为物质中的电子在非零温度下的热运动。一个物体所辐射的功率由普朗克定律给定，这个功率值是温度和频率的函数。一个具有人体温度(310K)的物体，其辐射功率的峰值在电磁波谱的红外频段，高于或低于这个频段，辐射功率都会减少。在微波毫米波波段的热辐射功率可近似表示为物体温度与接收机带宽乘积的线性函数。毫米波段的辐射计可穿透衣物直接测量来自人体的热辐射信号，从而探测出隐蔽的人体或隐藏在人体上的物品。毫米波的辐射功率很低，大约在10-10w量级或更低，因此为区分这个量级的功率，必须设计高增益系统。

辐射计有几种实现的方式。最常用的两种形式是全功率型辐射计和相关型辐射计。全功率型辐射计生成一个电压信号，它是系统带宽内收到的全部功率的度量。功率既包括物体直接辐射的功率，也包括系统内部产生的噪声功率，而物体直接辐射的功率与物体的物理温度成正比。相关型辐射计由两个接收机组成，两个接收机的输出要进行相关运算。最后，辐射计的输出信号响应是与物体自身的辐射功率成正比；理想情况下，来自于两个接收机内部的不相关的噪声信号在相关处理过程中被清理出去了。全功率型辐射计和相关型辐射计都生成一个与物体温度成正比的信号响应。1

技术指标主要技术指标体系如下。

(1)系统指标

系统指标包括：测温范围、测温精度、定标精度、空间分辨率和地面测绘带宽。

(2)天线性能

天线性能包括：天线口径、天线净增益、天线波束宽度、极化方式、天线交叉极化隔离度、主波束效率、电压驻波比、天线接口形式、冷空反射器天线口径、冷空反射器波束宽度、观测天线指向、冷空反射器指向、旋转速率、速度精度、转动惯量、角速度波动量、静不平衡度和动不平衡度。

(3)接收性能

接收性能包括：中心频率、工作带宽、接收机噪声系数、接收机增益稳定性、测温灵敏度、动态范围、线性度、定标精度、定标源测温精度、温度稳定度、辐射源表面温度不均匀度、辐射率、积分时间、量化比特数、平均输出码速率和数据格式。

(4)其他性能

其他性能包括：寿命、可靠性、质量、功耗和遥控遥测参数。2

种类毫米波辐射计毫米波辐射计实质上是一台高灵敏度接收机，用于接收目标与背景的毫米波辐射能量。

当辐射计天线波束在地面背景与目标之间扫描时，由于目标与背景(地面)之间的毫米波辐射温度不同，辐射计输出一个钟形脉冲，利用此脉冲的高度、宽度等特征量，可识别地面目标的存在。在采用高分辨或成像辐射计时，辐射计输出信号不但反映目标与背景之间的对比度，而且可获得二维的目标尺寸的特征及目标像。

灵巧弹药中，毫米波辐射计是利用地面目标与背景之间毫米波辐射的差异来探测及识别目标的。末敏弹是在弹道末端能够探测出装甲目标的方位并使战斗部朝着目标方向爆炸的炮弹。3

干涉式相关辐射计基本的干涉式相关辐射计通常被简称为相关辐射计，包括馈入两个接收机的两对天线，其输出电压经由相乘和积分进行相关。在全功率辐射计系统里一般用低通滤波器作为积分器。使用两个以上天线单元的系统，例如干涉成像仪，把所有天线对的输出信号互相关，并产生多个信号响应，每个信号响应代表两对天线的干涉。天线之间的距离，一般称为基线，其通常是被检测辐射电磁波波长的数倍。增加天线间的距离可以增加角分辨率，对于两个接收单元的干涉仪，其相当于直径等于干涉仪基线的单个天线系统的角分辨率。1