空氣質(zhì)量和氣候改變與大氣環(huán)境狀態(tài)密切相關(guān)。每種污染物都有自己的光譜特征,通過光譜數(shù)據(jù)庫和多組分光譜氣體數(shù)值算法可以實現(xiàn)污染物的定量分析。星載光譜儀可以實現(xiàn)全球覆蓋,反演空氣污染的形成、演變和輸送過程。遙感衛(wèi)星環(huán)繞地球高速運行,微小的時間誤差會導(dǎo)致巨大的觀測誤差,因此遙感設(shè)備需要設(shè)計本地時鐘源對衛(wèi)星平臺時鐘進行跟蹤和倍頻,輸出的高精度本地時鐘記錄星載光譜儀起始曝光時刻。另一方面,工作在太陽同步軌道的遙感衛(wèi)星由于通訊誤碼等原因?qū)е滦l(wèi)星時鐘不正常翻轉(zhuǎn)造成的錯誤需要設(shè)計本地時鐘源通過糾錯策略進行校正。數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計是時鐘同步和倍頻的關(guān)鍵技術(shù),而長周期輸入信號和大倍頻系數(shù)從兩方面增加了設(shè)計難度�；谛l(wèi)星時鐘和本地時鐘授時誤差互補的特點,本文提出了一種針對GPS秒脈沖同步和10 000倍倍頻條件下快速鎖定的數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計方法,晶振的累積誤差通過相位跟蹤被有效抑制。在經(jīng)典數(shù)字鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上增加了可調(diào)增益的放大模塊,通過基于雙D觸發(fā)器型數(shù)字鑒相器改進的時序數(shù)字鑒相器和比例積分濾波器實現(xiàn)了對輸入GPS秒脈沖的快速捕獲和跟蹤。通過建立時域、Z域和S域近似模型分析了數(shù)字鎖相環(huán)的響應(yīng)特性,用現(xiàn)場可編程門陣列予以實現(xiàn)。針對GPS秒脈沖和廣播時間包隨機出現(xiàn)的不正常翻轉(zhuǎn)、丟失等問題,提出了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列的星載設(shè)備光譜儀本地時鐘源糾錯策略。通過本地晶振計數(shù)產(chǎn)生本地秒脈沖和本地時間包分別與GPS秒脈沖和廣播時間包比較,通過差值判斷GPS秒脈沖和廣播時間包狀態(tài),根據(jù)連續(xù)接收正常狀態(tài)GPS秒脈沖和廣播時間包個數(shù)判斷其是否可信,進而做出決策決定本地秒脈沖和本地時間包是否與GPS秒脈沖和廣播時間包同步,實現(xiàn)本地時鐘的穩(wěn)定輸出。通過上位機和單片機模擬衛(wèi)星平臺,使用FPGA完成上述星載光譜儀本地時鐘源設(shè)計,搭建實驗室測試平臺完成測試。通過運12機載試驗飛機平臺和機載光譜儀完成機載遙感平臺的測試。實驗表明,本設(shè)計實現(xiàn)的數(shù)字鎖相環(huán)最短可以在5個輸入時鐘周期內(nèi)進入鎖定狀態(tài),穩(wěn)定工作時每秒累積誤差小于0.1ms,在實際應(yīng)用中可以穩(wěn)定輸出高頻時鐘,滿足遙感設(shè)備時鐘同步和倍頻的需求。發(fā)生異常時,本地時鐘可以使用慣性數(shù)據(jù)流實現(xiàn)穩(wěn)定輸出,衛(wèi)星時鐘恢復(fù)正常后,本地時鐘亦可以在5個時鐘周期內(nèi)與其同步。對機載遙感圖像的幀號和成像時間進行線性擬合,得到其校正決定系數(shù)為1,斜率誤差在10-7數(shù)量級,具有良好的線性度。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V447;TN911.8
【部分圖文】：

１５５３Ｂ總線有更高的靈活性完成添加或去除節(jié)點操作，便于管理。１５５３Ｂ可以適??應(yīng)溫度改變較大的場合、惡劣的工作環(huán)境。１５５３Ｂ總線的具有實時的可確定性。??終端、子系統(tǒng)和通信介質(zhì)三部分構(gòu)成了?ＭＩＬ－ＳＴＤ－１５５３Ｂ網(wǎng)絡(luò)。圖１．４為??１５５３Ｂ總線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖。??ＢＵＳ?Ａ???????ＢＵＳ?Ｂ??????總線控制器?遠程終端?總線監(jiān)控器??子系統(tǒng)?子系統(tǒng)??圖１．４?１５５３Ｂ總線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)??總線控制器負責(zé)１５５３Ｂ的控制和管理，發(fā)起所有通信指令。遠程終端負責(zé)??響應(yīng)通信命令，發(fā)送狀態(tài)字，執(zhí)行相關(guān)操作。總線監(jiān)視器受控制器控制，不參與??任何傳輸，只負責(zé)監(jiān)控命令和終端。??１５５３Ｂ消息構(gòu)成１５５３Ｂ的信息流。１５５３Ｂ消息包括命令字、數(shù)據(jù)字、狀態(tài)字。??１５５３Ｂ的消息長度為２０?ｂｉｔ，包括３?ｂｉｔ的同步頭，１６?ｂｉｔ的數(shù)據(jù)位或命令位或狀??態(tài)位，１?ｂｉｔ的奇偶校驗位。１５５３Ｂ的標(biāo)準(zhǔn)速率可以達到１Ｍｂｐｓ，工作方式為半??雙工。［丨??１．１．５?ＧＰＳ秒脈沖和廣播時間包數(shù)據(jù)格式??ＧＰＳ接收機輸出４路秒脈沖信號，接口形式為ＲＳ－４２２，信號頻率為１?Ｈｚ，??低電平有效，低電平持續(xù)時間為ｌ±〇．ｌｍｓ，秒脈沖的前沿即整秒時刻，前沿下降??時延小于等于５０?ｎｓ。圖１．５為ＧＰＳ秒脈沖時序

整秒時刻?整秒時刻??圖１．５秒脈沖時序圖??ＧＰＳ接收機????５６?Ｑ?Ｉ?????Ｉ???ＲＳ－４２２接口芯片?丨?．．￣Ｆ???????５６Ｑ?｜??Ｉ??圖１．６秒脈沖接口電路??星上的系統(tǒng)時鐘通過１５５３Ｂ總線每隔一秒廣播一次，星上的系統(tǒng)時鐘按照??Ｊ２０００標(biāo)準(zhǔn)，２０００年１月１日１２時為起始０時刻，時間碼分辨率０．１?ｍｓ。廣播??時間包包括周數(shù)、周內(nèi)秒數(shù)和秒內(nèi)百微秒數(shù)。??１．２?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??衛(wèi)星平臺如果對所有載荷設(shè)備實現(xiàn)精確授時，并行輸出高分辨率時鐘需要連??接大量線纜。而衛(wèi)星空間有限，且大量的線纜不僅浪費資源而且難以保證可靠性。??采用衛(wèi)星平臺廣播授時配合載荷設(shè)備本地守時的方案可以實現(xiàn)高分辨率的時鐘??輸出。衛(wèi)星平臺等間隔交替廣播ＧＰＳ秒脈沖和串行廣播時間包向各載荷設(shè)備授??８??

用數(shù)字鎖相環(huán)輸出的高頻同步時鐘驅(qū)動本地計數(shù)器配合糾錯處理后的本地時間??包產(chǎn)生本地時間。多路時間輸出模塊在接收到載荷的鎖存信號時記錄當(dāng)時的時間??信息并串行輸出。星載光譜儀本地時鐘源如圖１．７。整個系統(tǒng)包括糾錯模塊，數(shù)??字鎖相環(huán)和多路輸出模塊三部分組成。??１０??
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本文編號：2877379