综合孔径微波辐射计二阶量化数字相关器研究

微波辐射计作为一种无源遥感器,在遥感技术领域有着巨大的应用前景.传统的微波辐射计的空间分辨率受到天线孔径的限制.综合孔径微波辐射计利用了干涉测量原理和复相关技术,是一种可以有效地提高空间分辨率的新型辐射计.本文针对综合孔径微波辐射计的数字相关器进行了深入研究,分析论证了二阶量化数字相关器的工作机理,并对采用该种相关器的系统的信噪比进行了分析.初步的试验验证结果证明了该方案的有效性.     

综合孔径辐射计中二级相关算法的设计与实现

为了解决传统微波遥感辐射计使用FPGA实现多通道数字相关器时资源消耗量过大的问题,本文提出了一种二级相关实现方法.二级相关算法将相关算法分成前后两级,并利用门时钟生成单元使系统保持流型工作状态.前级相关器由基本逻辑资源构成,完成固定短点数的相关处理;多个前级相关器分为一组,分时启动并复用后级长点数相关器.二级相关算法能显著解决微波遥感辐射计中多通道数字相关器资源消耗量巨大的问题,提高数字相关器所容纳的相关通道数,同时优化了FPGA布局布线性能,能提高系统性能并降低成本.     

全极化辐射计的2GHz带宽数字相关系统设计

全极化微波辐射计是进行海面风场测量的新型被动式遥感器。数字极化辐射计通过数字相关器对两个极化通道做相关处理,完成四个Stokes矢量参数的测量,反演海面风场。文中提出辐射计核心器件宽带数字相关器的设计方法。双极化通道通过IQ变换转化为两对正交信号,四片国内自主研制的A/D转换器以2.2Ghz采样率采样四路信号,采样结果通过多路复用DEMUX芯片复用后,传输到新一代现场可编程门阵列(FPGA)-Virtex5芯片中作进一步多路复用和相关运算。文中详细介绍了系统结构,数据处理流程和测试结果。     

数字全极化微波辐射计系统设计与定标分析

海洋风场是海洋与大气作用的重要参数之一。全极化微波辐射计是一种新型的微波遥感器。数字全极化微波辐射计采用多路数字相关技术,对水平和垂直极化信号进行相关处理,产生反演海面风场模型所需海面亮温Stokes矢量。详细介绍了数字全极化微波辐射计的系统设计方法,包括射频前端、中频段和数字相关器的设计。同时给出了系统内定标以及外定标方法。对数字全极化微波辐射计做了细致的理论分析和硬件实现设计。     

全极化微波辐射计数字相关器下变频算法设计

全极化微波辐射计是一种用于海洋表面风场测量的新型被动微波遥感器,数字相关器是全极化辐射计的核心部件。针对全极化微波辐射计接受到的数字信号采样率较高的问题,提出应用多相滤波的算法以降低数字信号速率,从而满足FPGA时序约束的要求。之后为进一步节省乘法器资源和提高处理速率,滤波部分采用分布式算法,两种方法结合完成下变频模块处理,通过Matlab软件对下变频算法进行了仿真。仿真结果表明算法是可行的。     

被动微波遥感技术的新发展——综合孔径微波辐射计和全极化参量微波辐射计

介绍了被动微波遥感的两个新的技术-综合孔径微波辐射计和全极化参量微波辐射计.综合孔径微波辐射计采用干涉测量技术,用小天线的干涉基线组合合成大孔径天线的思想,提高被动微波遥感的空间分辨率,并实现视场范围的数字成像;全极化参量微波辐射计是一种新的微波遥感参数的探测技术,它测量目标微波辐射的全部4个Stokes极化参量,对于表面粗糙度各向异性特性的探测和目标的分类与识别具有很好的前景.     

全极化微波辐射计数字化引入误差分析

全极化微波辐射计是一种用于海洋表面风场测量的新型被动微波遥感器.数字相关器是全极化辐射计的核心部件.数字相关器的应用相对于模拟相关辐射计具有可配置、集成度高和易于控制的特点.同时,数字化技术会给辐射计带来量化误差和相位抖动误差.具体的误差分析验证了全极化微波辐射计中数字化的可行性.文中详细分析了定量误差,并根据实际工程应用说明了多比特数字化带来的误差可以在系统整体误差中忽略.     

K波段辐射计的超宽带多通道接收机设计与实现

K波段微波高光谱辐射计应用于大气探测方向, 能够在高湿度条件下改善大气温湿度廓线精度。为解决传统辐射计接收机未考虑在微波高光谱条件下频谱测量时间和系统复杂度增加的问题, 设计与实现了一种用于K波段微波高光谱辐射计的超宽带多通道线性接收机。通过结合传统微波辐射计接收机的数项优点, 改进的接收机结构拥有良好的宽带谱特性、高线性度和短频谱测量时间。在18~26 GHz频率范围内, 接收机的实测频率增益为77~80 dB、噪声系数为2.1~3.2 dB、线性度为0.999~0.9999和频谱测量时间平均为5.8 ms。实测结果表明, 设计的高频谱分辨率接收机适合K波段微波高光谱辐射计在大气遥感和快速天气变化观测中应用。     

Ka波段毫米波综合孔径辐射计成像研究

华中科技大学电磁场与微波技术中心已经设计并研制出一套工作于Ka波段的16阵元一维毫米波综合孔径辐射成像系统HUST-ASR,样机采用了最小冗余稀疏直线阵列以及先进的数字相关技术。阵列幅相误差对综合孔径辐射计成像会产生严重影响,文中提出一种不增加系统硬件复杂度、易于实现的单外部辅助源校正方法,给出在辐射计低信噪比条件下的校正算法,并进行了成像试验验证。试验结果表明,该校正方法能够有效校正毫米波综合孔径辐射计的幅相误差,经过校正后的成像系统对自然场景实现了非常清晰的毫米波综合孔径亮温图像,空间分辨率达到0.64°,证明该系统具有良好的成像性能。     

全极化微波辐射计系统中高速数字相关器设计

海面风场直接影响大气与大洋环流相互作用,是研究海流运动规律的必要条件.全极化微波辐射计是一种用于海洋表面风场测量的新型被动微波遥感器.数字相关器是全极化辐射计的核心部件.文中详细介绍了一种新型数字相关器的设计和实现.两片高速A/D转换器采样四路信号并通过XILINX公司新一代的FPGA-Vertex5作相关运算.同时本...     

合成孔径辐射计多路高阶数字复相关器方案研究

本文针对目前合成孔径辐射计中存在的相关器单元过于复杂，难以星载应用的问题，提出了一种新的数字相关方法．借鉴了软件无线电中的数字接收机技术，利用大规模可编程门阵列(FPGA)，用一块芯片来实现功率分配和大量复相关器的工作，实现了片上系统(SOC)，解决了多天线单元合成孔径辐射计相关器系统中存在的体积、重量、功耗和硬件复杂程度过大的问题．通过仿真表明，多路高阶数字相关器系统得到的天线阵列的干涉方向图与模拟相关器系统得到的干涉方向图基本一致，证明该方案可行。     

面向星载海洋盐度探测应用的L波段综合孔径辐射计原理样机研制与试验研究

主被动联合微波成像仪(MICAP)是面向全球星载海洋盐度探测应用提出的一种新技术方案,由L, C, K频段辐射计及L波段散射计组成。其中L波段1维综合孔径辐射计是MICAP的核心,用以实现海洋盐度高精度观测。为了验证MICAP概念和性能,研制了一台地面原理样机并进行了试验研究。该文介绍了MICAP样机的L波段综合孔径辐射计子系统的研究与试验结果。首次推导了一种使用三阶量化均值对数字相关到模拟相关转换中的AD偏置误差进行校正的计算方法。该文的研究成果将为海洋盐度卫星MICAP及全球水循环卫星WCOM提供技术参考。     

基于高速数字相关器的太赫兹干涉仪系统研究

干涉仪利用通道间的相关运算进行测量,是干涉式成像的基本单元。太赫兹成像在安全检查、军事侦查等方面有着广泛的应用前景。将干涉成像测量引入太赫兹领域后,为解决相关运算中高速信号的相位同步问题,该文提出基于低速FPGA控制的交叉同步方案,用低硬件代价解决高速采样信号的相位同步问题,并完成了一套多通道高速数字相关系统。系统的最高采样速率为5 GHz, ADC有效位数大于等于6位,相关器积分时间可调。最后,利用该数字相关器和相应的太赫兹微波元器件搭建了中心频率为0.44 THz的干涉仪,并得到了清晰的干涉条纹,其线性相位误差小于2 。该研究为今后设计太赫兹干涉成像仪提供了基本单元。     

基于ADS6122和FPGA的多通道信号采集系统的设计

针对超声成像系统的信号采集要求,介绍了一种基于FPGA的多通道数据采集和传输系统的设计与实现。采用ADS6122,实现了12 bit、单通道最高采样频率达65 MHz的A/D转换电路。该系统采用FPGA进行逻辑控制,实现了高频信号单通道采集,低频信号多通道同时采集的数据采集系统。系统测试结果表明:当单通道模拟信号输入频率不超过7 MHz时,得到的采样速度和采样精度都能满足超声信号采集的高要求。该系统还可以作为相关多通道信号采集系统设计的参考。     

一维综合孔径微波辐射计海温反演精度研究

星载一维综合孔径微波辐射计(1D-ASMR)利用天线阵代替传统辐射计的大天线,具有高空间分辨率和多入射角观测特点,是未来海温遥感的重要载荷.为评估1D-ASMR亮温测量误差EMb对海温反演精度的影响以及为卫星系统的设计提供依据,文中构建了1D-ASMR亮温仿真模型,采用多元线性回归算法(Multiple Linear ...     

综合孔径微波辐射计成像观测能力

对综合孔径微波辐射计成像观测原理进行了阐述,分析了综合孔径微波辐射计的灵敏度、积分时间、天线波束宽度、目标亮温、背景噪声温度、系统工作频率和目标等效截面等因素与系统作用距离的关系,对系统的目标观测能力进行仿真验证,探讨了阵列通道不一致等误差的补偿方法。研究成果将有助于综合孔径微波辐射计的实用化推进。     

FPGA平台上的远程静态应变测量系统设计

设计了一种基于FPGA和ARM架构的多通道远程静态应变测量系统.采用FPGA控制多通道模数转换模块实现多路应变信号的采集和数据处理,利用ARM和网络模块实现FPGA的控制及其与远程终端之间的以太网通信.系统可通过远程终端控制现场测量节点的参数设置和32路应变信号的采集、处理和存储.该系统采用模块化和通用化设计方法,可实现数据采集通道的减少与扩展,同时也可应用于其他数据采集场合.     

L波段微波辐射计周期脉冲式干扰时域检测方法研究

L波段微波辐射计是探测土壤湿度和海水盐度的有效遥感器。但是,全球定位系统(GPS)信号、雷达信号以及一些商用电子产品的电磁辐射造成的频谱污染都可以对微波辐射计的探测造成干扰,使得被动微波遥感对地观测结果具有一定的偏差,降低了地表参数的反演精度。该文通过实验模拟脉冲式噪声干扰,观测其在L波段(全功率接收型式)微波辐射计系统中的传输特性,分析输出信号特性与辐射计参数(积分时间、灵敏度)的相关性,获取其数字特征参数,结合脉冲检测法(APB),提出一种新的自相关检测(ACD)算法,能够有效用于周期性的脉冲式辐射干扰的检测,在微波辐射计系统积分时间1 ms的情况下,能够检测1.5 K的噪声干扰,满足卫星遥感探测反演地表参数精度的需求。     

一种多通道观测系统数字接收技术研究

太阳射电观测系统提出信号频段跨度大、观测频点多且频率及频点带宽可变、高精度多通道信号时间同步等要求。在此研究并采用奈奎斯特中频采样、多通道并行数字正交解调、滤波抽取得到数字基带信号。给出适合高倍率抽取的级联高效滤波器结构和易于工程使用的CIC滤波器幅度补偿方法。采用可编程延迟器实现系统高精度时间同步要求。完成了基于FPGA的硬件编程与硬件资源评估,使用线性调频信号作为测试信号在评估板上进行实际测试。结果表明在不同工作模式下,400 MHz带宽信号在脉冲重复时间内可被滤波抽取输出16路带宽可变的窄带正交基带信号,通带幅度平坦度、相位正交度等指标符合系统要求。最后讨论了硬件资源使用情况和潜在的性能升级空间。     

多通道声呐采集系统的设计

为了满足声呐信号处理中对多通道信号滤波及增益可调、同步采集、数据快速传输、数据可存储和实时分析的应用需求,设计了多通道采集系统包括多通道采集器和上位机控制界面。该采集器采用高性能现场可编程逻辑门阵列(FPGA)作为主控芯片,使用两颗高精度模数转换器(ADC)AD7768,并结合上位机控制下位机进行数据采集和处理,实现16通道并行数据采集、SD卡数据存储和上位机利用小波变换对接收到的数据进行去噪和时频分析等功能。以实际的水池进行声呐采集试验,该系统采样率可通过上位机配置进行切换,同步性能优于25 ns,数据存储速率为8.2 MB/s,实时性优于1.17 ms,能够满足海底复杂环境下信号特征数据处理的需求。