红外傅立叶光谱仪信息处理技术研究
发布时间：2023-04-08 19:18
2015年召开的第17届世界气象大会确定了由世界气象组织(WMO)基本系统委员会(CBS)牵头制定的WMO全球综合观测系统(WIGOS)2040年远景发展计划。WMO的每个计划对观测系统的要求都是:更高、更快、更准。未来全球数值天气预报将会给人类提供更加全面且准确的预报信息,同时也对气象卫星提供的大气变量提出了更高的要求,其中具有足够垂直分辨率的三维大气温湿度分布数据是非常重要的一项。傅里叶光谱仪相比于其他类型的高光谱仪器,具有高光通量、多通道和高光谱分辨率的优点,非常适用于大气探测。从1962年开始,傅里叶光谱仪就不断地被搭载到航天器中,用来对大气温湿度、水汽高度分布、大气变换过程、地标成分以及大气压强进行观测。于2016年12月11日发射的风云四号气象卫星是我国第二代地球静止轨道(GEO)定量遥感气象卫星,采用三轴稳定控制方案,将接替自旋稳定的风云二号卫星,同时极大地提升我国静止轨道气象卫星探测水平。风云四号卫星配置了干涉型大气垂直探测仪,其光谱分辨率为0.625 cm-1,可在垂直方向上对大气结构实现高精度探测,该类型仪器在美国第三代静止轨道卫星GOES-R上并不具备,做到了全球...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1. 课题背景
1.2. 星载傅里叶光谱仪发展概况
1.3. 傅里叶光谱仪信息处理技术
1.3.1. IASI信息处理技术概述
1.3.2. TANSO-FTS数据处理技术概述
1.3.3. CrIS数据处理技术概述
1.3.4. GIFTS等傅立叶光谱仪数据处理技术概述-
1.4. 课题研究内容
1.4.1. 论文结构安排
2. 傅里叶光谱仪基础理论
2.1. 干涉分光技术
2.1.1. 干涉分光原理
2.1.2. 干涉分光光谱分辨率
2.2. 干涉图采样
2.3. 傅里叶光谱仪噪声分析
2.3.1. 噪声的数学分析
2.3.2. 傅立叶光谱仪探测器噪声
2.3.3. 傅里叶光谱仪探测器-放大器噪声
2.3.4. 傅里叶光谱仪其他电子学噪声
2.4. 傅里叶光谱仪信噪比计算
2.5. 本章小结
3. 傅里叶光谱仪采样分析
3.1. 采样误差分析及影响
3.2. 等时采样
3.3. 等光程差采样
3.4. 数字方法重采样
3.4.1. 多项式插值
3.4.2. 傅里叶变换插值
3.4.3. 滤波器插值
3.5. 建立仿真干涉图
3.6. 采样仿真分析
3.7. 本章小结
4. 星载傅里叶光谱仪信息处理算法
4.1. 毛刺检测和剔除
4.1.1. 毛刺检测
4.1.2. 毛刺剔除
4.2. 非线性校正
4.3. 切趾
4.4. 带通采样
4.5. 傅里叶变换
4.5.1. 并行FFT算法
4.6. 条纹计数错误处理
4.7. 光谱定标
4.7.1. 仪器线形函数
4.7.1.1. 影响仪器线形函数的因素
4.7.1.2. 仪器线形函数计算
4.7.2. 参考激光的影响
4.7.3. 气体池定标法
4.8. 辐射定标
4.9. 本章小结
5. 星载傅里叶光谱仪信息处理方案设计
5.1. 整体方案介绍
5.2. 星上数据处理
5.2.1. 毛刺检测
5.2.2. 非线性校正
5.2.3. 零光程差（Zero Path Difference, ZPD）检测
5.2.4. 干涉图叠加平均
5.2.5. 切趾处理
5.2.6. 数据压缩
5.2.6.1. 滤波抽取
5.2.6.2. 位消减
5.2.6.3. 数据压缩比分析
5.3. 地面数据处理
5.3.1. 傅里叶变换
5.3.1.1. 定点FFT误差分析
5.3.1.2. 基于FFT的布鲁斯坦CZT算法实现
5.3.2. 条纹计数错误（FCE）检测
5.3.3. 光谱定标
5.3.4. 辐射定标
5.4. 本章小结
6. 高速并行FFT和CZT解决方案及实现
6.1. 处理器的选择
6.1.1. FPGA现场可编程逻辑阵列
6.1.2. GPU图形处理器
6.1.3. 多核DSP处理器
6.2. 多核DSP处理器关键技术
6.2.1. SYS/BIOS实时操作系统
6.2.2. EDMA3数据传输技术
6.2.3. 核间通信技术
6.2.4. 中断系统
6.3. PCIe数据通信
6.3.1. PCIe总线简介
6.3.2. PCIe驱动开发
6.4. 下位机软件
6.5. 性能测试分析
6.6. 本章小结
7. 总结与展望
7.1. 课题研究总结
7.2. 课题展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3786328
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1. 课题背景
1.2. 星载傅里叶光谱仪发展概况
1.3. 傅里叶光谱仪信息处理技术
1.3.1. IASI信息处理技术概述
1.3.2. TANSO-FTS数据处理技术概述
1.3.3. CrIS数据处理技术概述
1.3.4. GIFTS等傅立叶光谱仪数据处理技术概述-
1.4. 课题研究内容
1.4.1. 论文结构安排
2. 傅里叶光谱仪基础理论
2.1. 干涉分光技术
2.1.1. 干涉分光原理
2.1.2. 干涉分光光谱分辨率
2.2. 干涉图采样
2.3. 傅里叶光谱仪噪声分析
2.3.1. 噪声的数学分析
2.3.2. 傅立叶光谱仪探测器噪声
2.3.3. 傅里叶光谱仪探测器-放大器噪声
2.3.4. 傅里叶光谱仪其他电子学噪声
2.4. 傅里叶光谱仪信噪比计算
2.5. 本章小结
3. 傅里叶光谱仪采样分析
3.1. 采样误差分析及影响
3.2. 等时采样
3.3. 等光程差采样
3.4. 数字方法重采样
3.4.1. 多项式插值
3.4.2. 傅里叶变换插值
3.4.3. 滤波器插值
3.5. 建立仿真干涉图
3.6. 采样仿真分析
3.7. 本章小结
4. 星载傅里叶光谱仪信息处理算法
4.1. 毛刺检测和剔除
4.1.1. 毛刺检测
4.1.2. 毛刺剔除
4.2. 非线性校正
4.3. 切趾
4.4. 带通采样
4.5. 傅里叶变换
4.5.1. 并行FFT算法
4.6. 条纹计数错误处理
4.7. 光谱定标
4.7.1. 仪器线形函数
4.7.1.1. 影响仪器线形函数的因素
4.7.1.2. 仪器线形函数计算
4.7.2. 参考激光的影响
4.7.3. 气体池定标法
4.8. 辐射定标
4.9. 本章小结
5. 星载傅里叶光谱仪信息处理方案设计
5.1. 整体方案介绍
5.2. 星上数据处理
5.2.1. 毛刺检测
5.2.2. 非线性校正
5.2.3. 零光程差（Zero Path Difference, ZPD）检测
5.2.4. 干涉图叠加平均
5.2.5. 切趾处理
5.2.6. 数据压缩
5.2.6.1. 滤波抽取
5.2.6.2. 位消减
5.2.6.3. 数据压缩比分析
5.3. 地面数据处理
5.3.1. 傅里叶变换
5.3.1.1. 定点FFT误差分析
5.3.1.2. 基于FFT的布鲁斯坦CZT算法实现
5.3.2. 条纹计数错误（FCE）检测
5.3.3. 光谱定标
5.3.4. 辐射定标
5.4. 本章小结
6. 高速并行FFT和CZT解决方案及实现
6.1. 处理器的选择
6.1.1. FPGA现场可编程逻辑阵列
6.1.2. GPU图形处理器
6.1.3. 多核DSP处理器
6.2. 多核DSP处理器关键技术
6.2.1. SYS/BIOS实时操作系统
6.2.2. EDMA3数据传输技术
6.2.3. 核间通信技术
6.2.4. 中断系统
6.3. PCIe数据通信
6.3.1. PCIe总线简介
6.3.2. PCIe驱动开发
6.4. 下位机软件
6.5. 性能测试分析
6.6. 本章小结
7. 总结与展望
7.1. 课题研究总结
7.2. 课题展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3786328
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