基于OSK调制的高信噪比自适应增益光谱探测技术研究

发布时间：2017-08-17 01:05

  本文关键词：基于OSK调制的高信噪比自适应增益光谱探测技术研究

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【摘要】：本论文通过对光谱分析仪器技术进展和应用现状的总结分析,针对探测系统的光谱探测区间窄、系统输入动态范围小、输出信噪比不足等问题,根据高性能光谱探测的深度需求,探索可满足高信噪比、宽谱段、大动态范围探测的自适应增益光谱探测技术。课题将主要从电子学系统设计层面展开基于OSK调制的高信噪比自适应增益光谱探测技术研究,旨在从系统源端改善光谱探测的效果,在此基础上,论文分别就分光器件的特性、系统自动增益的设计以及微弱信号的信噪比改善方法等多个方面进行重点研究,完成课题光谱探测系统原理样机的设计与实现。基于OSK调制的高信噪比自适应增益光谱探测系统选用声光可调谐滤光器(AOTF)作为电调谐分光器件,并利用直接数字频率合成器(DDS)AD9910生成射频驱动信号,实现快速、连续、稳定的光谱分光;采用增益程控芯片AD8253和增益压控芯片AD603组合完成系统增益程控,并通过采样判断、增益闭环控制,实现系统的自适应增益功能;根据AOTF的电调谐特性,利用AD9910的输出移位键控(OSK)功能进行射频驱动信号的OSK调制,实现光谱分光信号的调制,并以锁相放大技术辅以窄带滤波实现光谱探测的高信噪比输出。通过对课题所研发的高信噪比自适应增益光谱探测系统原理样机的详细测试,结果表明:①系统自适应增益调节范围为?9.48~?7536,手动增益设置范围可达?9.48~?119430;②无探测器前放时,模拟光谱信号处理电路小信号测试,系统输出信噪比优于55d B;含探测器前放时,整机黑体目标测试,系统输出信噪比优于40d B,且系统测试输入与测试输出数据的反演误差小于8%。较之未采用相关技术的“嫦娥三号(CE-3)有效载荷红外光谱仪”,该光谱探测系统原理样机的输入光谱信号能量的动态范围更大、光谱可探测范围更宽、输出信噪比更高,反演误差也有所减小。总体而言,基于OSK调制的高信噪比自适应增益光谱探测系统很好地实现了课题预期的研究目标,而且相关成果已被“CE-5有效载荷月球矿物光谱分析仪”和“宽谱段AOTF性能检测系统”等项目所采用。
【关键词】：微弱信号处理 OSK调制 高信噪比 自适应增益 光谱探测
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 引言11-20
• 1.1 红外光谱分析技术背景介绍12-13
• 1.2 红外光谱仪器及其发展概况13-18
• 1.2.1 国外红外光谱仪器研究进展13-16
• 1.2.2 国内红外光谱仪器研究进展16-17
• 1.2.3 红外光谱仪发展趋势17-18
• 1.3 课题来源及主要研究内容18-20
• 2 微弱信号检测技术20-33
• 2.1 微弱信号检测原理20-22
• 2.2 基于线性理论的微弱信号检测方法22-29
• 2.2.1 低噪声放大器22-23
• 2.2.2 窄带滤波法23
• 2.2.3 同步累积法23-24
• 2.2.4 取样积分法24-25
• 2.2.5 双路消噪法25-26
• 2.2.6 相关检测法26-28
• 2.2.7 谐波小波频域提取法28-29
• 2.3 基于非线性理论的微弱信号检测方法29-32
• 2.3.1 混沌振子29-30
• 2.3.2 随机共振30-31
• 2.3.3 高阶谱分析31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 光谱探测系统设计与分析33-77
• 3.1 系统总体方案设计33-34
• 3.2 AOTF分光驱动34-40
• 3.2.1 AOTF分光原理34-37
• 3.2.2 射频驱动设计37-40
• 3.3 探测器与I/V转换40-52
• 3.3.1 中波探测器40-42
• 3.3.1.1 探测器参数41
• 3.3.1.2 探测器电路与模型41-42
• 3.3.2 互阻抗I/V转换42-52
• 3.3.2.1 互阻抗电路模型42-45
• 3.3.2.2 噪声模型45-49
• 3.3.2.3 互阻抗I/V转换电路49-52
• 3.4 增益程控环路52-61
• 3.4.1 程控放大52-55
• 3.4.1.1 AD825352-54
• 3.4.1.2 电路设计54-55
• 3.4.2 压控放大55-61
• 3.4.2.1 AD60355-57
• 3.4.2.2 ADR51057-58
• 3.4.2.3 MAX54158-59
• 3.4.2.4 电路设计59-61
• 3.5 高信噪比电路设计61-72
• 3.5.1 窄带滤波62-69
• 3.5.1.1 有源滤波器64-67
• 3.5.1.2 集成滤波器MAX27467-69
• 3.5.2 锁相放大69-72
• 3.5.2.1 直流锁相方案69-70
• 3.5.2.2 锁相电路设计70-72
• 3.6 采样及通信电路72-74
• 3.6.1 采样电路设计72-74
• 3.6.2 通信电路设计74
• 3.7 系统软件设计74-75
• 3.8 本章小结75-77
• 4 实验与结论77-97
• 4.1 电源纹波测试78-79
• 4.2 电路功能及噪声测试79-89
• 4.2.1 系统增益程控及自适应测试80-88
• 4.2.1.1 AD8253 程控增益模块测试80-81
• 4.2.1.2 AD603 压控增益模块测试81-85
• 4.2.1.3 自动增益功能测试85-88
• 4.2.2 电路信噪比改善测试88-89
• 4.3 黑体目标光谱探测实验89-96
• 4.3.1 光谱探测系统整机暗电平测试结果91-92
• 4.3.2 光谱探测系统整机单波段测试结果92-93
• 4.3.3 光谱探测系统整机全波段测试结果93-96
• 4.4 本章小结96-97
• 5 总结与展望97-99
• 参考文献99-102
• 附录A102-129
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果129

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 范松南;蔡萍;;取样积分在射频导纳物位测量中的应用[J];传感技术学报;2006年06期

2 杨汉祥;;微弱信号检测技术的研究[J];科技广场;2009年01期

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本文编号：686370