毫米波輻射計(jì)屬于被動(dòng)式接收機(jī),通過對比不同位置區(qū)域的熱輻射強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的探測。本課題通過改進(jìn)毫米波輻射計(jì)結(jié)構(gòu),結(jié)合外定標(biāo)和周期內(nèi)定標(biāo)兩種定標(biāo)方式,致力于提升其亮溫靈敏度,從而提高其目標(biāo)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(jì)的重要組成部分,主要實(shí)現(xiàn)前端數(shù)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、掃描控制和人機(jī)交互等功能,協(xié)調(diào)整個(gè)毫米波輻射計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)作,因此對其開展的研究與開發(fā)工作具有實(shí)際工程意義。本文完成了毫米波輻射計(jì)信號采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具體工作包括:1.本文結(jié)合內(nèi)外兩種定標(biāo)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(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方案。FPGA有使用靈活、并行運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn),主要完成數(shù)據(jù)的采集;ARM處理器擁有低功耗、可靠性高、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)豐富等優(yōu)點(diǎn),主要完成數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)和程序開發(fā)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括器件選型、原理圖繪制、PCB版圖繪制和硬件調(diào)試等內(nèi)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(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Sentinel-3A衛(wèi)星微波輻射計(jì)

第一章緒論32015年，美國相敏創(chuàng)新公司（PhaseSensitiveInnovations）研發(fā)設(shè)計(jì)的毫米波實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)。整個(gè)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(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的實(shí)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(gè)成像系統(tǒng)具有一定的實(shí)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(shí)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(jì)（SLSTR）和微波輻射計(jì)（MMR）。微波輻射計(jì)工作在兩個(gè)頻段，分別為23.8GHz和36.5GHz，其亮溫靈敏度達(dá)到0.29K和0.34K[17]，輻射計(jì)實(shí)物圖如圖1-2所示。圖1-2Sentinel-3A衛(wèi)星微波輻射計(jì)1.2.2國內(nèi)發(fā)展歷程在上個(gè)世紀(jì)七十年代，國內(nèi)開始了輻射計(jì)用于遙感探測的研究工作。如今，國內(nèi)研究輻射計(jì)的主要單位包括：華中科技大學(xué)、南京理工大學(xué)、電子科技大學(xué)、

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4中國科學(xué)院及中國電子科技集團(tuán)旗下研究所等。經(jīng)過四十余年的發(fā)展，國內(nèi)在輻射計(jì)研制和應(yīng)用領(lǐng)域也取得了長足的進(jìn)步。1988年，我國第一顆氣象衛(wèi)星風(fēng)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(jì)，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(jì)（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(fēng)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(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研制了多頻段岸基微波輻射計(jì)系統(tǒng)[21]，其包含五個(gè)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(fēng)場等參數(shù)，系統(tǒng)具體的性能指標(biāo)參數(shù)如表1-1所示。表1-1多頻段岸基微波輻射計(jì)系統(tǒng)指標(biāo)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(zhǔn)確度（K）1.01.01.01.01.02012年，針對機(jī)場人體安檢應(yīng)用需求,北京航空航天大學(xué)研制了一套被動(dòng)式毫米波實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)（SAIR-U），其共有48個(gè)接收單元，并按照U形陣列方式進(jìn)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(fēng)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(jì)（AGRI），通道數(shù)為14個(gè)，靈敏度最高可達(dá)0.2K[23]。圖1-3為AGRI的實(shí)物圖及成像效果圖。(a)(b)圖1-3AGRI實(shí)物圖及成像效果圖。(a)AGRI實(shí)物圖；(b)AGRI成像效果圖


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