双定标毫米波辐射计信号采集与处理系统的设计
发布时间：2021-01-14 22:51
毫米波辐射计属于被动式接收机,通过对比不同位置区域的热辐射强度,实现对目标的探测。本课题通过改进毫米波辐射计结构,结合外定标和周期内定标两种定标方式,致力于提升其亮温灵敏度,从而提高其目标分辨能力。本文中信号采集与处理系统作为毫米波辐射计的重要组成部分,主要实现前端数控、数据采集、数据处理、扫描控制和人机交互等功能,协调整个毫米波辐射计系统的运作,因此对其开展的研究与开发工作具有实际工程意义。本文完成了毫米波辐射计信号采集与处理系统的设计,具体工作包括:1.本文结合内外两种定标方式,提出了针对前端输出信号的处理算法,降低通道增益改变和系统噪声对亮温灵敏度的影响,从而提高系统的亮温灵敏度。2.从毫米波辐射计系统结构和需求考虑,确定了以FPGA和ARM处理器为核心的信号采集与处理系统设计方案。FPGA有使用灵活、并行运算等优点,主要完成数据的采集;ARM处理器拥有低功耗、可靠性高、标准外设丰富等优点,主要完成数据的传输、处理和系统控制。3.完成了信号采集与处理系统的硬件设计和程序开发。系统硬件设计包括器件选型、原理图绘制、PCB版图绘制和硬件调试等内容;程序开发则包括了FPGA和ARM处理...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sentinel-3A卫星微波辐射计
第一章绪论32015年，美国相敏创新公司（PhaseSensitiveInnovations）研发设计的毫米波实时成像系统。整个系统工作频率为77GHz，成像视角为2020，角度分辨率为0.4，亮温灵敏度为2.5K，能够提供每秒25帧的视频输出[16]。图1-1为毫米波实时成像系统的实物图和成像效果图。从系统成像效果图来看，可以明显看出拍摄大桥的桥墩、路面轮廓，以及在路面上行驶的汽车，整个成像系统具有一定的实用性。(a)(b)图1-1毫米波成像系统。(a)毫米波成像系统实物图；(b)毫米波成像系统成像效果图2016年，欧洲Sentinel-3A卫星发射，其搭载了海陆表面温度辐射计（SLSTR）和微波辐射计（MMR）。微波辐射计工作在两个频段，分别为23.8GHz和36.5GHz，其亮温灵敏度达到0.29K和0.34K[17]，辐射计实物图如图1-2所示。图1-2Sentinel-3A卫星微波辐射计1.2.2国内发展历程在上个世纪七十年代，国内开始了辐射计用于遥感探测的研究工作。如今，国内研究辐射计的主要单位包括：华中科技大学、南京理工大学、电子科技大学、
电子科技大学硕士学位论文4中国科学院及中国电子科技集团旗下研究所等。经过四十余年的发展，国内在辐射计研制和应用领域也取得了长足的进步。1988年，我国第一颗气象卫星风云一号A星（FY-1A）发射成功[18]，其搭载了5通道扫描辐射计，工作频率为22.235、37、53.7、54.96和57.95GHz，用于大气垂直温度分布、水汽含量等探测，系统测温精度为1.5K，亮温灵敏度为0.3K[19]。2002年，神州4号飞船上搭载的多频段微波辐射计（MFMR），工作频率为6.6、13.9、19.3、23.8和37GHz，用于测量地表温度、海洋表面温度和风速、大气水汽含量等，系统测温精度为0.5K，亮温灵敏度为0.2K[20]。2010年，中国科学院空间科学与应用研究中心研制了多频段岸基微波辐射计系统[21]，其包含五个接收通道，分别用于测量海面温度、海面大气水汽含量、海面风场等参数，系统具体的性能指标参数如表1-1所示。表1-1多频段岸基微波辐射计系统指标参数频率（GHz）6.810.718.723.837带宽（MHz）350100200400500亮温探测范围（K）90-40090-40090-40090-40090-400亮温灵敏度（K）0.20.20.20.20.2亮温准确度（K）1.01.01.01.01.02012年，针对机场人体安检应用需求,北京航空航天大学研制了一套被动式毫米波实时成像系统（SAIR-U），其共有48个接收单元，并按照U形阵列方式进行布置。该系统工作频率为24GHz，成像视角为22(H)40(V)，成像速度为24FPS，亮温灵敏度为1~2K[22]。2016年，中国第二代地球静止轨道定量遥感卫星风云四号A星（FY-4A）发射成功，其搭载了多通道扫描成像辐射计（AGRI），通道数为14个，灵敏度最高可达0.2K[23]。图1-3为AGRI的实物图及成像效果图。(a)(b)图1-3AGRI实物图及成像效果图。(a)AGRI实物图；(b)AGRI成像效果图
本文编号：2977700
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sentinel-3A卫星微波辐射计
第一章绪论32015年，美国相敏创新公司（PhaseSensitiveInnovations）研发设计的毫米波实时成像系统。整个系统工作频率为77GHz，成像视角为2020，角度分辨率为0.4，亮温灵敏度为2.5K，能够提供每秒25帧的视频输出[16]。图1-1为毫米波实时成像系统的实物图和成像效果图。从系统成像效果图来看，可以明显看出拍摄大桥的桥墩、路面轮廓，以及在路面上行驶的汽车，整个成像系统具有一定的实用性。(a)(b)图1-1毫米波成像系统。(a)毫米波成像系统实物图；(b)毫米波成像系统成像效果图2016年，欧洲Sentinel-3A卫星发射，其搭载了海陆表面温度辐射计（SLSTR）和微波辐射计（MMR）。微波辐射计工作在两个频段，分别为23.8GHz和36.5GHz，其亮温灵敏度达到0.29K和0.34K[17]，辐射计实物图如图1-2所示。图1-2Sentinel-3A卫星微波辐射计1.2.2国内发展历程在上个世纪七十年代，国内开始了辐射计用于遥感探测的研究工作。如今，国内研究辐射计的主要单位包括：华中科技大学、南京理工大学、电子科技大学、
电子科技大学硕士学位论文4中国科学院及中国电子科技集团旗下研究所等。经过四十余年的发展，国内在辐射计研制和应用领域也取得了长足的进步。1988年，我国第一颗气象卫星风云一号A星（FY-1A）发射成功[18]，其搭载了5通道扫描辐射计，工作频率为22.235、37、53.7、54.96和57.95GHz，用于大气垂直温度分布、水汽含量等探测，系统测温精度为1.5K，亮温灵敏度为0.3K[19]。2002年，神州4号飞船上搭载的多频段微波辐射计（MFMR），工作频率为6.6、13.9、19.3、23.8和37GHz，用于测量地表温度、海洋表面温度和风速、大气水汽含量等，系统测温精度为0.5K，亮温灵敏度为0.2K[20]。2010年，中国科学院空间科学与应用研究中心研制了多频段岸基微波辐射计系统[21]，其包含五个接收通道，分别用于测量海面温度、海面大气水汽含量、海面风场等参数，系统具体的性能指标参数如表1-1所示。表1-1多频段岸基微波辐射计系统指标参数频率（GHz）6.810.718.723.837带宽（MHz）350100200400500亮温探测范围（K）90-40090-40090-40090-40090-400亮温灵敏度（K）0.20.20.20.20.2亮温准确度（K）1.01.01.01.01.02012年，针对机场人体安检应用需求,北京航空航天大学研制了一套被动式毫米波实时成像系统（SAIR-U），其共有48个接收单元，并按照U形阵列方式进行布置。该系统工作频率为24GHz，成像视角为22(H)40(V)，成像速度为24FPS，亮温灵敏度为1~2K[22]。2016年，中国第二代地球静止轨道定量遥感卫星风云四号A星（FY-4A）发射成功，其搭载了多通道扫描成像辐射计（AGRI），通道数为14个，灵敏度最高可达0.2K[23]。图1-3为AGRI的实物图及成像效果图。(a)(b)图1-3AGRI实物图及成像效果图。(a)AGRI实物图；(b)AGRI成像效果图
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