Calibration techniques of interferometric microwave receivers

Abstract

An interferometer for orbital determination receives a satellite signal at different spatial points using antennas that form a baseline. Those received signals have a different phase which is related to the distance between the receiver antenna and the satellite and correlating those signals it is possible to get a very precise location of the satellite even at thousands of kilometers. However, this interferometer is subject to different error sources and, in order to reduce those and achieve a better resolution, a calibration module has been analyzed, designed and implemented. This module uses a general calibration technique based on the properties of the correlation that can be applied to many other systems. This calibration system is a prototype carried at the UPC that consists in a PLL that generates a signal with the desired frequency, the signal passes through an attenuator and then is split into three and each of those three signals is introduced into each one of the three antennas of the GEOSAR interferometer. After that, those signals are correlated by the GEOSAR system and, as each of those signals has the same power and phase (the phase can be corrected if necessary through software if it is known) the correlation results one with zero phase. If the correlation differs from the expected (amplitude one and zero phase) we know that is due to a systematic error that can be measured and taken into account in the next real measures. Even though the calibrator was expected to be completely implemented at the end of this project, the time was limited and that hasn?t been possible. Anyway a functional calibrator has been implemented and it has detected that the interferometer doesn?t work as expected during the dawn, the day and the dusk. This phenomena will lead to changes in the interferometer intended to resolve it.

Un interferómetro para la determinación orbital recibe una señal de satélite en diferentes puntos espaciales utilizando antenas que forman una línea de base. Estas señales recibidas tienen una fase diferente que está relacionada con la distancia entre el receptor y el satélite y mediante la correlación de esas señales es posible obtener una ubicación muy precisa del satélite, incluso a miles de kilómetros. Sin embargo, este interferómetro está sujeto a diferentes fuentes de error y, para reducirlas y lograr una mejor resolución, se ha analizado, diseñado e implementado el módulo de calibración. Este módulo utiliza una técnica de calibración general basada en las propiedades de la correlación que puede aplicarse a muchos otros sistemas. Este sistema de calibración es un prototipo llevado a cabo en la UPC que consiste en un PLL que genera una señal de la frecuencia deseada, la señal pasa por un atenuador y entonces se divide en tres, cada una de las tres se introduce en una de las tres antenas del interferómetro del GEOSAR. Después de esto las señales son correladas por el sistema del GEOSAR y, ya que las tres tienen la misma potencia y fase (la fase puede ser corregida con software si es conocida) la correlación da amplitud uno y fase cero. Si la correlación es diferente de la esperada entonces sabemos que es debido a errores del sistema que pueden ser medidos y corregidos en las próximas medidas reales. Aunque se esperaba tener completamente implementado el calibrador al final de este proyecto, el tiempo ha sido limitado y no ha sido posible. De todas formas se ha implementado un calibrador funcional que ha detectado que el interferómetro no funciona como se esperaba durante el amanecer, el día y el crepúsculo. Este descubrimiento traerá cambios en el interferómetro para resolver el problema.

Un interferòmetre per a la determinació orbital rep un senyal de satèl·lit en diferents punts espacials utilitzant antenes que formen una línia de base. Aquestes senyals rebudes tenen una fase diferent que està relacionada amb la distància entre el receptor i el satèl·lit i, mitjançant la correlació d'aquests senyals, és possible obtenir una ubicació molt precisa del satèl·lit, fins i tot a milers de quilòmetres. No obstant això, aquest interferòmetre està subjecte a diferents fonts d'error i, per reduir-les i aconseguir una millor resolució, s'ha analitzat, dissenyat i implementat el mòdul de calibratge. Aquest mòdul utilitza una tècnica de calibratge general basada en les propietats de la correlació que pot aplicar-se a molts altres sistemes. Aquest sistema de calibratge és un prototip dut a terme a la UPC que consisteix en un PLL que genera una senyal de la freqüència desitjada, la senyal passa per un atenuador i llavors es dividida en tres, cadascuna de les tres s?introdueix a una de les tres antenes del interferòmetre del GEOSAR. Després d?això les senyals són correlades pel sistema de l?interferòmetre, ja que les tres tenen la mateixa potència i fase (la fase pot ser corregida amb software si és coneguda) la correlació dóna amplitud u i fase zero. Si la correlació és diferent de la esperada sabem que és degut als error del sistema que poden ser mesurats i corregits a les pròximes mesures reals. Tot hi que s?esperava tenir completament implementat el calibrador al final d?aquest projecte el temps ha estat limitat i no ha estat possible. De totes formes s?ha implementat un calibrador funcional que ha detectat que l?interferòmetre no funciona con s?esperava durant l?alba, el dia i el crepuscle. Aquest descobriment portarà canvis a l?interferòmetre per tal de resoldre el problema.