1. Введение

Сотрудники кафедры “Медицинской радиоэлектроники” совместно со специалистами ФГУП ОКБ МЭИ длительное время занимались разработкой и созданием радиометрической аппаратуры космического базирования для дистанционного зондирования поверхности Земли и атмосферы[1-4]. Полученные знания и опыт были использованы для создания радиотехнических устройств, обеспечивающих обнаружение людей в зоне техногенных катастроф под завалами различного вида. Принцип пассивного радиометрического обнаружения биологических объектов основан на наличии контраста радиояркостных (шумовых) температур между обнаруживаемым объектом и фоном, на котором он наблюдается. Для реализации этого принципа необходимо измерять собственное шумовое излучение исследуемого объекта. С этой целью используется радиометрический приемник (радиометр).

2. Радиометрический приемник

Известно достаточно много вариантов схемных построений радиометров [1]. Для решения нашей задачи целесообразно использовать модуляционный радиометр Дике. Такой тип радиометра обладает достаточно высокой чувствительностью, независимостью чувствительности от флюктуации коэффициента передачи радиометра и возможностью приема сигнала при сканировании антенны. Следует отметить, что анализ изображений биологических объектов возможен и в оптическом диапазоне [5](нс)¹.

Выбор частотного диапазона определяется возможностью прохождения радиоволн с минимальными потерями через завалы, скрывающие людей. С этой точки зрения наилучшим является дециметровый диапазон длин волн. Для построения аппаратуры предпочтительнее использовать готовые узлы приемных устройств в частотном диапазоне 2,45 – 4,2ГГц.

Для рассматриваемой аппаратуры выбрана частота 3,7ГГц.

Используется радиометр, в котором синхронное детектирование и основное интегрирование осуществляются после преобразования сигнала в цифровую форму, что значительно снижает влияние фазовых ошибок и повышает точность обработки.

Схема такого модуляционного радиометрического приемника с цифровой обработкой сигнала (рисунок1) состоит из входного коммутатора, согласованной нагрузки (СН), СВЧ супергетеродинного приемника с квадратичным детектором на выходе, предварительного фильтра, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и процессора. Описываемый радиометр включает в себя также модулятор и вентиль, исключающий отражение от модулятора, просачивающийся на вход приемника сигнал гетеродина.

Данная схема позволяет произвести оптимальный прием шумового сигнала, при котором синхронное детектирование и интегрирование осуществляется процессором, в котором производится предварительная обработка аномальных отсчетов и вычисление среднего значения прироста шумовой мощности относительно шумовой мощности согласованной нагрузки.

Рис. 1. Структурная схема радиометра

На вход СВЧ приемника попеременно подключаются выход антенны с антенной температурой Т_А и согласованная нагрузка коммутатора с шумовой температурой Т₀. На выходе радиометра будет сигнал, графически представленный на рисунке 2 и представляющий собой напряжение в виде меандра с частотой модуляции входных коммутаторов от уровня U₁=K_усТ_СН, соответствующего моментам подключения входа СВЧ приемника к согласованной нагрузке, до уровня U₂=K_усТ_А, соответствующего моментам подключения входа СВЧ приемника к антенне. Здесь K_ус –коэффициент усиления радиометра.

Разница между уровнями двух сигналов равна .

Отсюда может быть определена шумовая температура антенны . Значение этой температуры и несет в себе информацию о наличии или отсутствии искомых людей под завалами.

Рис. 2. Сигнал на выходе радиометра