雙定標毫米波輻射計信號采集與處理系統(tǒng)的設計
發(fā)布時間：2021-01-14 22:51
毫米波輻射計屬于被動式接收機,通過對比不同位置區(qū)域的熱輻射強度,實現(xiàn)對目標的探測。本課題通過改進毫米波輻射計結構,結合外定標和周期內定標兩種定標方式,致力于提升其亮溫靈敏度,從而提高其目標分辨能力。本文中信號采集與處理系統(tǒng)作為毫米波輻射計的重要組成部分,主要實現(xiàn)前端數(shù)控、數(shù)據采集、數(shù)據處理、掃描控制和人機交互等功能,協(xié)調整個毫米波輻射計系統(tǒng)的運作,因此對其開展的研究與開發(fā)工作具有實際工程意義。本文完成了毫米波輻射計信號采集與處理系統(tǒng)的設計,具體工作包括:1.本文結合內外兩種定標方式,提出了針對前端輸出信號的處理算法,降低通道增益改變和系統(tǒng)噪聲對亮溫靈敏度的影響,從而提高系統(tǒng)的亮溫靈敏度。2.從毫米波輻射計系統(tǒng)結構和需求考慮,確定了以FPGA和ARM處理器為核心的信號采集與處理系統(tǒng)設計方案。FPGA有使用靈活、并行運算等優(yōu)點,主要完成數(shù)據的采集;ARM處理器擁有低功耗、可靠性高、標準外設豐富等優(yōu)點,主要完成數(shù)據的傳輸、處理和系統(tǒng)控制。3.完成了信號采集與處理系統(tǒng)的硬件設計和程序開發(fā)。系統(tǒng)硬件設計包括器件選型、原理圖繪制、PCB版圖繪制和硬件調試等內容;程序開發(fā)則包括了FPGA和ARM處理...
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Sentinel-3A衛(wèi)星微波輻射計
第一章緒論32015年，美國相敏創(chuàng)新公司（PhaseSensitiveInnovations）研發(fā)設計的毫米波實時成像系統(tǒng)。整個系統(tǒng)工作頻率為77GHz，成像視角為2020，角度分辨率為0.4，亮溫靈敏度為2.5K，能夠提供每秒25幀的視頻輸出[16]。圖1-1為毫米波實時成像系統(tǒng)的實物圖和成像效果圖。從系統(tǒng)成像效果圖來看，可以明顯看出拍攝大橋的橋墩、路面輪廓，以及在路面上行駛的汽車，整個成像系統(tǒng)具有一定的實用性。(a)(b)圖1-1毫米波成像系統(tǒng)。(a)毫米波成像系統(tǒng)實物圖；(b)毫米波成像系統(tǒng)成像效果圖2016年，歐洲Sentinel-3A衛(wèi)星發(fā)射，其搭載了海陸表面溫度輻射計（SLSTR）和微波輻射計（MMR）。微波輻射計工作在兩個頻段，分別為23.8GHz和36.5GHz，其亮溫靈敏度達到0.29K和0.34K[17]，輻射計實物圖如圖1-2所示。圖1-2Sentinel-3A衛(wèi)星微波輻射計1.2.2國內發(fā)展歷程在上個世紀七十年代，國內開始了輻射計用于遙感探測的研究工作。如今，國內研究輻射計的主要單位包括：華中科技大學、南京理工大學、電子科技大學、
電子科技大學碩士學位論文4中國科學院及中國電子科技集團旗下研究所等。經過四十余年的發(fā)展，國內在輻射計研制和應用領域也取得了長足的進步。1988年，我國第一顆氣象衛(wèi)星風云一號A星（FY-1A）發(fā)射成功[18]，其搭載了5通道掃描輻射計，工作頻率為22.235、37、53.7、54.96和57.95GHz，用于大氣垂直溫度分布、水汽含量等探測，系統(tǒng)測溫精度為1.5K，亮溫靈敏度為0.3K[19]。2002年，神州4號飛船上搭載的多頻段微波輻射計（MFMR），工作頻率為6.6、13.9、19.3、23.8和37GHz，用于測量地表溫度、海洋表面溫度和風速、大氣水汽含量等，系統(tǒng)測溫精度為0.5K，亮溫靈敏度為0.2K[20]。2010年，中國科學院空間科學與應用研究中心研制了多頻段岸基微波輻射計系統(tǒng)[21]，其包含五個接收通道，分別用于測量海面溫度、海面大氣水汽含量、海面風場等參數(shù)，系統(tǒng)具體的性能指標參數(shù)如表1-1所示。表1-1多頻段岸基微波輻射計系統(tǒng)指標參數(shù)頻率（GHz）6.810.718.723.837帶寬（MHz）350100200400500亮溫探測范圍（K）90-40090-40090-40090-40090-400亮溫靈敏度（K）0.20.20.20.20.2亮溫準確度（K）1.01.01.01.01.02012年，針對機場人體安檢應用需求,北京航空航天大學研制了一套被動式毫米波實時成像系統(tǒng)（SAIR-U），其共有48個接收單元，并按照U形陣列方式進行布置。該系統(tǒng)工作頻率為24GHz，成像視角為22(H)40(V)，成像速度為24FPS，亮溫靈敏度為1~2K[22]。2016年，中國第二代地球靜止軌道定量遙感衛(wèi)星風云四號A星（FY-4A）發(fā)射成功，其搭載了多通道掃描成像輻射計（AGRI），通道數(shù)為14個，靈敏度最高可達0.2K[23]。圖1-3為AGRI的實物圖及成像效果圖。(a)(b)圖1-3AGRI實物圖及成像效果圖。(a)AGRI實物圖；(b)AGRI成像效果圖
本文編號：2977700
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Sentinel-3A衛(wèi)星微波輻射計
第一章緒論32015年，美國相敏創(chuàng)新公司（PhaseSensitiveInnovations）研發(fā)設計的毫米波實時成像系統(tǒng)。整個系統(tǒng)工作頻率為77GHz，成像視角為2020，角度分辨率為0.4，亮溫靈敏度為2.5K，能夠提供每秒25幀的視頻輸出[16]。圖1-1為毫米波實時成像系統(tǒng)的實物圖和成像效果圖。從系統(tǒng)成像效果圖來看，可以明顯看出拍攝大橋的橋墩、路面輪廓，以及在路面上行駛的汽車，整個成像系統(tǒng)具有一定的實用性。(a)(b)圖1-1毫米波成像系統(tǒng)。(a)毫米波成像系統(tǒng)實物圖；(b)毫米波成像系統(tǒng)成像效果圖2016年，歐洲Sentinel-3A衛(wèi)星發(fā)射，其搭載了海陸表面溫度輻射計（SLSTR）和微波輻射計（MMR）。微波輻射計工作在兩個頻段，分別為23.8GHz和36.5GHz，其亮溫靈敏度達到0.29K和0.34K[17]，輻射計實物圖如圖1-2所示。圖1-2Sentinel-3A衛(wèi)星微波輻射計1.2.2國內發(fā)展歷程在上個世紀七十年代，國內開始了輻射計用于遙感探測的研究工作。如今，國內研究輻射計的主要單位包括：華中科技大學、南京理工大學、電子科技大學、
電子科技大學碩士學位論文4中國科學院及中國電子科技集團旗下研究所等。經過四十余年的發(fā)展，國內在輻射計研制和應用領域也取得了長足的進步。1988年，我國第一顆氣象衛(wèi)星風云一號A星（FY-1A）發(fā)射成功[18]，其搭載了5通道掃描輻射計，工作頻率為22.235、37、53.7、54.96和57.95GHz，用于大氣垂直溫度分布、水汽含量等探測，系統(tǒng)測溫精度為1.5K，亮溫靈敏度為0.3K[19]。2002年，神州4號飛船上搭載的多頻段微波輻射計（MFMR），工作頻率為6.6、13.9、19.3、23.8和37GHz，用于測量地表溫度、海洋表面溫度和風速、大氣水汽含量等，系統(tǒng)測溫精度為0.5K，亮溫靈敏度為0.2K[20]。2010年，中國科學院空間科學與應用研究中心研制了多頻段岸基微波輻射計系統(tǒng)[21]，其包含五個接收通道，分別用于測量海面溫度、海面大氣水汽含量、海面風場等參數(shù)，系統(tǒng)具體的性能指標參數(shù)如表1-1所示。表1-1多頻段岸基微波輻射計系統(tǒng)指標參數(shù)頻率（GHz）6.810.718.723.837帶寬（MHz）350100200400500亮溫探測范圍（K）90-40090-40090-40090-40090-400亮溫靈敏度（K）0.20.20.20.20.2亮溫準確度（K）1.01.01.01.01.02012年，針對機場人體安檢應用需求,北京航空航天大學研制了一套被動式毫米波實時成像系統(tǒng)（SAIR-U），其共有48個接收單元，并按照U形陣列方式進行布置。該系統(tǒng)工作頻率為24GHz，成像視角為22(H)40(V)，成像速度為24FPS，亮溫靈敏度為1~2K[22]。2016年，中國第二代地球靜止軌道定量遙感衛(wèi)星風云四號A星（FY-4A）發(fā)射成功，其搭載了多通道掃描成像輻射計（AGRI），通道數(shù)為14個，靈敏度最高可達0.2K[23]。圖1-3為AGRI的實物圖及成像效果圖。(a)(b)圖1-3AGRI實物圖及成像效果圖。(a)AGRI實物圖；(b)AGRI成像效果圖
本文編號：2977700
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