[發明專利]一種多通道微波輻射計系統控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 200910086225.2
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101900768A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 張瑜;張升偉;孫波;李丹娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G05B19/05
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本發明涉及一種輻射計系統控制裝置，特別涉及一種基于FPGA開發板的用于多通道微波輻射計的系統控制裝置及其控制方法。

背景技術

微波輻射計是一種被動式的微波遙感器，用于全天時、全天候地觀測全球大氣溫度和濕度、水汽含量、降雨量等空間氣象資料，在全球性水文循環探測、地質與資源調查、海洋環境與海況檢測、農林病蟲害檢測、災害性天氣預報與檢測等研究中發揮了重要作用。由于微波輻射計是一種被動式的遙感器，其靈敏度要求很高；同時，由于當今遙感儀器的設計越來越趨于高功能密度及小型化，因此，對于多通道微波輻射計的系統控制裝置就要求其具有高可靠性、高分辨率、實時性好、體積小、重量輕、功耗低、開發周期短、可移植性強等特點。

目前國內多數微波輻射計上使用的系統控制裝置采用以80C31單片機器件為核心進行設計，利用現成的微處理器開發系統，通過匯編語言進行設計和加載。采用這種方法進行設計的優點是技術成熟、開發風險較小，但缺點更為突出，由于受微處理器芯片和外圍電路的限制，所占體積較大，需要多個電路板協調工作，并通過FIFO相互傳輸數據；另外80C31單片機系統功耗較大，由于總功率有限，因此這也是一個很大的缺陷。

目前另一種改進的多通道微波輻射計系統控制裝置是根據需求自制FPGA(現場可編程門陣列：Field-Programmable?GateArray)電路板，進行FPGA及外圍電路設計，再進行與數據采集板和其他控制板的對接。優點是功耗降低、實現了設備的輕小型化，從而改進了上述使用80C31單片機作為核心的系統控制裝置的不足；但這種設計明顯的缺陷是與遠程計算機數據交換總線固定不可選擇，可移植性差，同時開發和調試周期較長，可擴展性和適應性不高，且成本較高。

發明內容

為了解決上述兩種通用的微波輻射計系統控制裝置存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于FPGA開發板的多通道微波輻射計系統控制裝置及控制方法，使用現有的FPGA開發板與其他控制電路相結合來實現對多通道微波輻射計系統的控制，適用于低成本、高可靠性、高分辨率、低功耗、重量輕、開發周期短、可移植性和可擴展性要求高的多通道微波輻射計數據管理與控制系統。

為了實現上述目的，本發明提供一種多通道微波輻射計系統控制裝置，使用現有的FPGA開發板與其他控制電路相結合來實現對多通道微波輻射計系統的控制，包括：FPGA開發板部分，數據采集電路部分、AGC自動增益控制電路部分，系統開關控制電路部分和電平轉換電路部分。

所述FPGA開發板部分，根據系統既定的時序或遠程計算機注入的控制指令，通過電平轉換電路部分的轉換處理后，控制所述數據采集電路部分完成科學數據和溫度數據的采集，并控制所述AGC自動增益控制電路部分為多通道微波輻射計冷源和熱源的定標提供AGC調整值，還控制所述系統開關控制電路部分完成整個系統、接收機和噪聲源的開關機功能，同時完成科學數據包到遠程計算機的回傳。

這里，該FPGA開發板部分控制其他控制電路部分時所采用的工作模式包括：默認工作模式、熱源工作模式、冷源工作模式和固定角度工作模式。采用所述默認工作模式時，工作周期為60秒，分為冷、熱源定標和目標觀測兩部分，由所述系統開關控制電路部分控制實現，當該系統開關控制電路部分的整個系統開關機電路接通時，若接收機開關為TTL低電平，并且噪聲源開關為高電平時，實現熱源定標；當接收機開關為TTL低電平，并且噪聲源開關為低電平時，實現冷源定標；當接收機開關為TTL高電平，并且噪聲源開關為低電平時，實現目標觀測；同時，定標過程中根據所述FPGA開發板對所述數據采集電路部分接收到的輻射計冷源和熱源的定標值進行判斷后，為所述AGC自動增益控制電路提供有效的AGC調整值，直到所述FPGA開發板部分判斷定標值符合技術要求時，定標過程結束，進入目標觀測狀態，由數據采集電路部分控制微波輻射計多個通道進行10路科學數據和25路溫度數據的采集；一個周期結束后，由FPGA開發板將采集數據和運行狀態數據打包并傳回遠程計算機；采用所述熱源工作模式時，接收機開關持續為TTL低電平，并且噪聲源開關持續為高電平，一直觀測熱源，直到系統接收到新的注入指令；采用所述冷源工作模式時，接收機開關持續為TTL低電平，并且噪聲源開關持續為低電平，一直觀測冷源，直到系統接收到新的注入指令；采用所述固定角度工作模式時，接收機開關持續為TTL高電平，并且噪聲源開關持續為低電平，一直觀測固定目標，直到系統接收到新的注入指令。