發(fā)布時間：2020-07-24 04:51

【摘要】：微波輻射計是被動式遙感儀器,根據(jù)天線接收到的目標(biāo)輻射能量信息,通過定標(biāo)方程得到輻射計輸出電壓與所觀測目標(biāo)的亮溫的關(guān)系,進(jìn)而研究被觀測目標(biāo)的輻射特性。全極化微波輻射計是一種新型的微波遙感器,它在傳統(tǒng)微波輻射計的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提取觀測目標(biāo)的全極化信息,實現(xiàn)了人們在微波遙感中對電磁波頻率、相位、幅度和極化全部信息的利用,對于表面粗糙度各向異性特性目標(biāo)的探測與識別具有很大的優(yōu)勢,因此廣泛應(yīng)用于海洋風(fēng)場的測量和研究。輻射計的數(shù)據(jù)采集與處理是微波輻射計的重要系統(tǒng)組成部分。數(shù)據(jù)采集與處理模塊對輻射計接收到的目標(biāo)的全極化信息進(jìn)行采集和數(shù)字化處理,并進(jìn)行存儲、管理和顯示。因此輻射計數(shù)據(jù)采集和處理方法的研究為精確測量目標(biāo)輻射信息提供了有利的幫助。本文主要針對空間中心研制的多通道數(shù)字相關(guān)型全極化輻射計數(shù)據(jù)采集工作進(jìn)行研究,在現(xiàn)有的數(shù)字相關(guān)器具備的數(shù)據(jù)采集功能的基礎(chǔ)上,完善了檢波電路數(shù)據(jù)采集方法,然后對全極化輻射計中的數(shù)字相關(guān)器進(jìn)行了量化誤差和靈敏度的分析。主要包括以下三個方面的內(nèi)容:(1)設(shè)計完成基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計,實現(xiàn)檢波電平的信息采集。包括硬件設(shè)計和編程實現(xiàn),完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建和調(diào)試,采集實驗數(shù)據(jù)并保存。(2)開發(fā)基于Qt的上位機(jī)軟件。實現(xiàn)包含采集并保存數(shù)字相關(guān)器和檢波電路輸出的數(shù)據(jù)、輸出四個斯托克斯分量的圖像,以及圖像的存儲、讀取、縮放、灰度調(diào)整等功能。(3)完成全極化微波輻射計中數(shù)字相關(guān)器的定標(biāo),分析8bit量化情況下的靈敏度以及模擬相關(guān)系數(shù)和數(shù)字相關(guān)系數(shù)的誤差量。本課題研究內(nèi)容對全極化微波輻射計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理提供了一定的經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP73
【圖文】：

DvT、hT、3T 10.7、37 數(shù)字相關(guān)A全功vT、hT、3T、 4T10.7、18.7模擬相關(guān)vT、hT、3T 37、89XvT、hT、3T、 4T6.92、10.7-SvT、hT、3T、 4T18.7、37/ vT、hT、3T 89、340-A、PSR-CX 輻射計均采用模擬相關(guān)的方式實現(xiàn) Stokes 參數(shù)的提射計是利用乘法器和累加器組成最初的數(shù)字相關(guān)器，采用 1.6bit 量樣率實現(xiàn) Stokes 參數(shù)的提取，證明了數(shù)字相關(guān)測量技術(shù)的可靠性。計結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示[8]。

數(shù)字相關(guān)型全極化輻射計是采用數(shù)字相關(guān)器將垂直和水平通道的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再實現(xiàn)其自相關(guān)和互相關(guān)，完成所有 Stokes 參量測量的直接相關(guān)型極化輻射計。本章首先簡述了數(shù)字相關(guān)型全極化微波輻射計的基本原理，再詳細(xì)介紹了 GPSR 輻射計的基本結(jié)構(gòu)和指標(biāo)參數(shù)，包括接收機(jī)、天線和數(shù)字相關(guān)器三個部分。最后介紹了 GPSR 輻射計定標(biāo)原理。2.1 數(shù)字相關(guān)型全極化微波輻射計原理全極化微波輻射計根據(jù)接收機(jī)的類型主要分為全功率型和迪克型極化輻計[11]。迪克型輻射計前端擁有微波開關(guān)、參考負(fù)載和反饋控制回路，降低了增益波動的影響，但增加了結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的復(fù)雜度。全功率輻射計結(jié)構(gòu)簡單，易于集成，其靈敏度很大程度取決于系統(tǒng)的增益穩(wěn)定度和噪聲系數(shù)。數(shù)字相關(guān)型全極化輻射計采用的是全功率型結(jié)構(gòu)，其基本組成如圖 2.1 所示。

由此帶來的輻射計的體積、功耗、重量、系統(tǒng)復(fù)雜性問題，使得多天元系統(tǒng)的模擬復(fù)相關(guān)器實現(xiàn)變得十分困難。這就使基于超大規(guī)模集成電路技FPGA）的數(shù)字復(fù)相關(guān)器變得十分必要。FPGA 對數(shù)字相關(guān)算法進(jìn)行設(shè)計，了數(shù)字相關(guān)器的設(shè)計制作，能夠靈活的滿足各種要求的系統(tǒng)設(shè)計，有較高的精度和速度。在 GPSR 輻射計系統(tǒng)中，數(shù)字相關(guān)器是全極化微波輻射計的核心模塊之一功能是用來提取觀測目標(biāo)的極化信息。數(shù)字相關(guān)器是指通過采樣將模擬信號化后，運用數(shù)字電路實現(xiàn)信號間的自相關(guān)和互相關(guān)計算的大規(guī)模邏輯器件。數(shù)字相關(guān)器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)是多通道高速采樣和信號處理。高速數(shù)字信號采際是一種數(shù)字編碼的過程，目前所有公開的高速 ADC 都不足以直接對 5G上寬帶信號進(jìn)行數(shù)字化，因此需要在 ADC 前用超外差接收機(jī)進(jìn)行下變頻。相關(guān)器結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示，主要包括高速采樣、FPGA 和外圍電路。量化后個極化通道的 IQ 信號在數(shù)字相關(guān)器中完成高速自相關(guān)和互相關(guān)計算[17]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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2 劉t熲

本文編號：2768348