快速调制的傅里叶干涉仪信息获取研究

发布时间：2017-10-05 15:40

  本文关键词：快速调制的傅里叶干涉仪信息获取研究

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【摘要】：干涉式大气垂直探测仪接收地球大气的辐射,由干涉仪调制成干涉信号,通过对干涉信号的傅里叶反变换得到入射辐射的光谱信息,从而获得大气温湿度和气体成分的垂直分布情况。干涉式大气垂直探测仪具有高光谱分辨率和高灵敏度的优点,是我国未来气象卫星的重要载荷。本文基于红外高光谱大气探测仪的研制工作,针对大动态范围、动镜调制速度较快的傅里叶干涉仪,全面阐述了其信息获取系统的指标确定、方案设计、噪声分析、系统设计实现及测试结果。论文首先调研了国内外多种干涉式大气垂直探测仪及其信息获取技术,理论分析了信息获取系统各个环节的噪声来源和对仪器探测灵敏度的影响。在此基础上,提出了信息获取系统的技术方案和相关指标;对低噪声前置放大、抗混叠滤波和电磁兼容性设计等关键技术进行了研究;完成了信息获取电路的设计,并且测试了其噪声水平。论文分析了傅里叶变换光谱仪由动镜速度和采样过程中的随机误差引起的光谱噪声,建立了基于噪声等效辐亮度差(NEdN)和噪声等效温差(NEdT)的噪声模型。分析表明,动镜速度的波动与电路幅频响应、时间延迟的综合作用,以及采样触发的短时抖动,都是系统噪声的来源。通过MATLAB数值模拟,对动镜速度和采样抖动的噪声影响进行了仿真分析与模型计算,验证了理论模型,评估了实际仪器的噪声水平,为动镜控制、抗混叠滤波器的设计以及傅里叶变换光谱仪的噪声定量化计算和改善提供了依据。论文提出了信号获取电路测试和干涉数据处理的方案,并对测试结果进行了分析。结果表明,前置放大电路噪声小于对应的探测器噪声,满足低噪声的设计要求。该系统在整机调试中实现了对目标黑体辐射的干涉信号获取,系统灵敏度基本达到仪器整体的性能要求,对傅里叶变换红外光谱仪的深入研究具有一定的参考意义。
【关键词】：傅里叶变换红外光谱仪 信息获取电路 噪声模型 探测灵敏度
【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】：2016
【分类号】：TH744.3
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-16
• 1.1 课题背景和意义9
• 1.2 傅里叶变换光谱仪发展概况9-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 2 傅里叶变换光谱仪理论分析16-29
• 2.1 傅里叶变换光谱仪的基本原理16-18
• 2.2 干涉信号特征18-19
• 2.3 傅里叶变换光谱仪的灵敏度与噪声19-24
• 2.3.1 系统灵敏度19-21
• 2.3.2 典型噪声分析21-24
• 2.4 信息获取系统的性能指标24-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 信息获取电路的设计与实现29-49
• 3.1 红外探测器29-31
• 3.1.1 光导探测器29-30
• 3.1.2 光伏探测器30-31
• 3.2 噪声匹配31-32
• 3.3 长波光导探测器前置放大电路32-39
• 3.3.1 探测器偏置电路32-35
• 3.3.2 电路方案设计35-36
• 3.3.3 噪声模型分析36-38
• 3.3.4 实际电路分析38-39
• 3.4 中波光伏探测器前置放大电路39-42
• 3.4.1 电路方案设计39-40
• 3.4.2 噪声模型分析40-41
• 3.4.3 实际电路分析41-42
• 3.5 抗混叠滤波42-47
• 3.5.1 滤波器指标分析42-44
• 3.5.2 抗混叠滤波器的设计44-47
• 3.6 电磁兼容与抗干扰设计47-48
• 3.7 本章小结48-49
• 4 采样噪声分析与仿真研究49-56
• 4.1 噪声来源49-50
• 4.2 噪声建模分析50-53
• 4.2.1 动镜速度波动50-52
• 4.2.2 采样抖动52-53
• 4.3 Matlab仿真53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 系统测试与结果分析56-72
• 5.1 前放电路的噪声性能测试56-64
• 5.1.1 测试方案56-58
• 5.1.2 长波前放测试58-60
• 5.1.3 中波前放测试60-64
• 5.2 系统整体测试64-71
• 5.2.1 数据处理与反演64-69
• 5.2.2 灵敏度计算69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 课题研究总结72
• 6.2 工作展望72-74
• 参考文献74-76
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张磊;董超华;张文建;张鹏;;METOP星载干涉式超高光谱分辨率红外大气探测仪(IASI)及其产品[J];气象科技;2008年05期

2 曾立波;尹邦胜;何冰;龚丹;;傅里叶变换红外光谱仪动镜倾斜误差分析[J];光学精密工程;2006年02期

3 何峥嵘;;运算放大器电路的噪声分析和设计[J];微电子学;2006年02期

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本文编号：977623