В настоящее время возрастает потребность в развитии бортовых систем дистанционного зондирования Земли. Использование средств микроволновой радиометрии в дистанционном зондировании позволяет получать сведения о состоянии окружающей среды, проводить исследования чрезвычайных ситуаций антропогенного и природного характера[1-2].
Микроволновые радиометры – это устройства, измеряющие слабые электромагнитные сигналы в области высоких частот (тепловой шум), излучаемые физическими объектами, физическая температура которых выше нуля Кельвин[3]. Существует много различных схемотехнических решений построения микроволновых радиометров таких как компенсационные, модуляционные, балансные, корреляционные, нулевые радиометры. Из-за высокой точности измерения и долговременной стабильности результатов измерений наиболее перспективным из всех типов радиометров является нулевой метод построения.
Практическая реализация нулевого метода измерений заключается в выполнении сравнения энергии сигнала антенны с энергией двух или более эталонных генераторов шума. Нулевые радиометры обладают самой высокой устойчивостью результатов измерений независимо от условий окружающей среды [3-4].
Для обеспечения заданной точности измеряемых слабых электромагнитных сигналов нулевые радиометры применяют в своем составе два эталонных генератора шума с низкой и высокой эффективной температурой (холодный и горячий опорный источник шума).
Генераторы шума с низкой эффективной температурой реализуются, как правило, на основе согласованной нагрузки, охлажденной жидким азотом или элементом Пельтье, либо на основе малошумящего усилителя.
Генераторы шума с высокой эффективной температурой реализуются на основе ЛПД диодов, диодов Ганна, нагретой согласованной нагрузки.
Для оценки влияния изменения точности результатов измерений от эффективной температуры применяемых генераторов шума было выполнено математическое моделирование бортового радиометра на основе нулевого метода измерений[4].
Результаты проведенного математического моделирования показали, что использование низкотемпературного опорного генератора шума, реализованного на основе малошумящего усилителя или согласованной нагрузки, охлажденной жидким азотом, позволяет повысить точность результатов измерений в 3 раза по сравнению с согласованной нагрузкой, охлажденной элементом Пельтье.
Повышение точности результатов измерений происходит за счет уменьшения шумов генератора шума, что в свою очередь приводит к уменьшению флуктуирующей составляющей вольт-секундных площадей [5] при реализации нулевого метода.
Уменьшение флуктуаций вольт-секундных площадей приводит к снижению разброса результатов измерений, что эквивалентно увеличению чувствительности.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-00168, https://rscf.ru/project/21-79-00168/