[發明專利]一種用于高光譜微波輻射計的可配置數字譜儀

有效

• 申請號: 202011224600.8
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112595731B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 陸浩;王振占;張升偉;劉璟怡
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00;G01N22/04;G01K11/00;G01W1/02;G01R23/16
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明公開了一種用于高光譜微波輻射計的可配置數字譜儀，所述可配置數字譜儀包括：高速AD模塊、處理模塊、通訊模塊和設置于上位機的控制模塊；處理模塊通過FPGA實現，其中，高速AD模塊，用于根據處理模塊發送的采樣命令，設置采樣模式進行信號采樣，并對被采信號進行模數轉換后發送至處理模塊；處理模塊，用于接收并解析配置指令，發送采樣命令至高速AD模塊，并接收采樣信號，根據配置指令，設置延時數量，完成采樣信號的頻分或時分處理并發送至通訊模塊；通訊模塊，用于將收到的配置指令發送至處理模塊，并以一定速率將收到的數字信號發送至控制模塊；控制模塊，用于生成配置指令發送至通訊模塊，并接收通訊模塊發送的數字信號。

技術領域

本發明涉及被動遙感領域，尤其涉及一種用于高光譜微波輻射計的可配置數字譜儀。

背景技術

作為一種被動遙感器，星載、地基微波輻射計是觀測大氣的重要技術手段。不同頻段的微波輻射計可以應用到不同的科學目標探測。微波輻射計可以測得大氣溫濕度廓線，其是影響全球氣象與氣候變化的重要參數。微波輻射計臨邊探測可以得到大氣中痕量氣體的現狀，了解污染物的輸送及其復雜性，對研究氣候變化極其必要。微波高光譜概念在2011年由美國麻省理工林肯實驗室提出，與常規的輻射計相比顯著提高了溫濕度廓線的反演精度和垂直分辨率。對于譜分析來說，系統帶寬越寬則可以一次獲取大氣更完整的譜信息，例如50G～60G的氧氣吸收譜就需要10GHz帶寬的處理能力。同時系統譜分辨率越高則包含更多的細節信息。精細觀測大氣成分的分子譜線需要后端譜儀具備頻譜分辨率高且帶寬較寬的能力。高光譜輻射計將觀測頻段帶寬劃分為更細的子帶，獲取更詳細譜信息。高光譜微波輻射計適應目前高精度、定量化、精細化遙感的發展趨勢。

傳統的譜分析采用模擬濾波器組方法。模擬濾波器組方法采用多個模擬濾波器。相比于模擬濾波器組，數字譜儀利用數字化技術，具有很高的機械穩定性、熱穩定性和更高的頻譜分辨率。其中，延時相關方法相對于FFT、數字濾波器方案具有更簡潔的時序結構，有利于進一步的ASIC設計。相比于FFT，延時相關方法可以獲得更多有效積分時間。

目前已有的模擬濾波器組的輻射計通道數都很有限。林肯實驗室研制的高光譜微波大氣探測儀，118.75GHz頻段具有10GHz帶寬，36個通道；183.31GHz頻段具有10GHz帶寬，16個通道。我國風云衛星中50～60GHz頻段：早期4通道，中期7通道，目前12-13通道。北京航空航天大學研制的地基K波段高光譜微波輻射計頻率范圍18-26GHz，具有80通道。其采用濾波器組方案，第一級：通道切換/頻段串行粗分；第二級：梳狀濾波器組/通道并行細分。這種方案不適應星載輻射計快速掃描觀測，且濾波器龐大，通道數提升空間也很有限。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種高光譜微波輻射計中可配置的數字譜儀。

本發明提出了一種用于高光譜微波輻射計的可配置數字譜儀，所述可配置數字譜儀包括：高速AD模塊、處理模塊、通訊模塊和設置于上位機的控制模塊；處理模塊通過FPGA實現，其中，

所述高速AD模塊，用于根據處理模塊發送的采樣命令，設置采樣模式進行信號采樣，并對被采信號進行模數轉換后發送至處理模塊；

所述處理模塊，用于接收并解析配置指令，發送采樣命令至高速AD模塊，并接收模數轉換后的采樣信號，根據配置指令，設置延時數量，完成采樣信號的頻分或時分處理并發送至串口模塊；

所述通訊模塊，用于將收到的配置指令發送至處理模塊，并以一定速率將收到的數字信號發送至控制模塊；

所述控制模塊，用于生成配置指令發送至通訊模塊，還用于接收通訊模塊發送的數字信號。

作為上述可配置數字譜儀的一種改進，所述配置指令包括包頭和數據體；其中，

所述數據體包括：寄存器標識符、寄存器長度、延時相關參數標識符、延時相關參數、采樣通道數標識符和采樣通道數。