Применение средств микроволновых радиометров в дистанционном зондировании позволяет с очень высокой эффективностью решать задачи измерения влагозапасов почвы, обнаружения пожаров лесных массивов, поиска объектов за оптически скрытыми преградами, в том числе людей. Упростить и удешевить получение данных дистанционного зондирования может помочь использование микроволновых радиометров в составе малых беспилотных летательных аппаратов (МБПЛА). Они обладают высокой мобильностью, им не требуется использование специальной инфраструктуры (взлётно-посадочные полосы, космодромы и т. д.). Однако сегодня существуют большие сложности использования МБПЛА в качестве носителей микроволновых радиометрических систем. Прежде всего это связано с достаточно жёсткими требованиями к массогабаритным параметрам и энергопотреблению переносимых устройств.

Аспирант ТУСУРа Григорий Жук под научным руководством доцента кафедры РСС Антона Убайчина занимается разработкой уникального микроволнового радиометра со сниженными массогабаритными параметрами и энергопотреблением при одновременном сохранении основных технических характеристик на уровне лучших мировых аналогов. Это позволит использовать его на МБЛА.

«Существует много схемотехнических решений и методов построения микроволновых радиометров, среди которых выделяются три основных типа: компенсационные, модуляционные и нулевые. У первых двух схем есть несколько основных дестабилизирующих факторов: изменение собственных шумов, которые влияют на результат измерения, а также изменение коэффициента передачи при перепадах температур. Это значит, что при использовании на открытой местности точность результатов будет снижаться при малейшем ветре или изменении температуры. Чтобы избежать этого, необходимо применять дополнительные системы термостатирования, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик и энергопотребления. Нулевые радиометры позволяют наиболее эффективно измерять температуру объекта благодаря тому, что точность результатов измерений не зависит от условий окружающей среды и там не требуется столь высокой точности поддержания температуры», — поясняет свой выбор аспирант.

Результаты проведённого математического и функционального моделирования в САПР mathcad показали, что нулевые радиометры обладают самой высокой точностью результатов измерений. При этом у них есть один существенный для использования на МБЛА недостаток: конструкция классических нулевых радиометров является самой сложной. Это не позволяет использовать эти радиометрические системы в быстропереносимых устройствах (например, квадрокоптерах).

«Мы предлагаем новый принцип формирования низкотемпературных шумов в СВЧ- и КВЧ-диапазоне и его использование во входном СВЧ-блоке приёмника, — рассказывает Ггригорий Жук. — Это в свою очередь позволит исключить направленный ответвитель, дополнительный переключатель и заменить генератор высокотемпературного шума (который реализовывается на основе ЛПД). Использование нового принципа формирования низкотемпературных шумов в модифицированном СВЧ-радиометре позволит упростить конструкцию устройства на системном уровне при одновременном снижении веса, потребления энергии и повышении чувствительности».

Стоит отметить, что в классической схеме нулевого радиометра к входному СВЧ-блоку подключается три источника шумового сигнала: антенна и два опорных генератора шума. Это влечёт за собой сложности при реализации, увеличение стоимости и массогабаритных параметров. Разработчик планирует упростить конструкцию входного СВЧ-блока, что поможет значительно уменьшить массогабаритные размеры приёмника и его энергопотребление при сохранении технических характеристик на заданном уровне.