[发明专利]一种用于高光谱微波辐射计的可配置数字谱仪

说明书

本发明公开了一种用于高光谱微波辐射计的可配置数字谱仪，所述可配置数字谱仪包括：高速AD模块、处理模块、通讯模块和设置于上位机的控制模块；处理模块通过FPGA实现，其中，高速AD模块，用于根据处理模块发送的采样命令，设置采样模式进行信号采样，并对被采信号进行模数转换后发送至处理模块；处理模块，用于接收并解析配置指令，发送采样命令至高速AD模块，并接收采样信号，根据配置指令，设置延时数量，完成采样信号的频分或时分处理并发送至通讯模块；通讯模块，用于将收到的配置指令发送至处理模块，并以一定速率将收到的数字信号发送至控制模块；控制模块，用于生成配置指令发送至通讯模块，并接收通讯模块发送的数字信号。

技术领域

本发明涉及被动遥感领域，尤其涉及一种用于高光谱微波辐射计的可配置数字谱仪。

背景技术

作为一种被动遥感器，星载、地基微波辐射计是观测大气的重要技术手段。不同频段的微波辐射计可以应用到不同的科学目标探测。微波辐射计可以测得大气温湿度廓线，其是影响全球气象与气候变化的重要参数。微波辐射计临边探测可以得到大气中痕量气体的现状，了解污染物的输送及其复杂性，对研究气候变化极其必要。微波高光谱概念在2011年由美国麻省理工林肯实验室提出，与常规的辐射计相比显著提高了温湿度廓线的反演精度和垂直分辨率。对于谱分析来说，系统带宽越宽则可以一次获取大气更完整的谱信息，例如50G～60G的氧气吸收谱就需要10GHz带宽的处理能力。同时系统谱分辨率越高则包含更多的细节信息。精细观测大气成分的分子谱线需要后端谱仪具备频谱分辨率高且带宽较宽的能力。高光谱辐射计将观测频段带宽划分为更细的子带，获取更详细谱信息。高光谱微波辐射计适应目前高精度、定量化、精细化遥感的发展趋势。

传统的谱分析采用模拟滤波器组方法。模拟滤波器组方法采用多个模拟滤波器。相比于模拟滤波器组，数字谱仪利用数字化技术，具有很高的机械稳定性、热稳定性和更高的频谱分辨率。其中，延时相关方法相对于FFT、数字滤波器方案具有更简洁的时序结构，有利于进一步的ASIC设计。相比于FFT，延时相关方法可以获得更多有效积分时间。

目前已有的模拟滤波器组的辐射计通道数都很有限。林肯实验室研制的高光谱微波大气探测仪，118.75GHz频段具有10GHz带宽，36个通道；183.31GHz频段具有10GHz带宽，16个通道。我国风云卫星中50～60GHz频段：早期4通道，中期7通道，目前12-13通道。北京航空航天大学研制的地基K波段高光谱微波辐射计频率范围18-26GHz，具有80通道。其采用滤波器组方案，第一级：通道切换/频段串行粗分；第二级：梳状滤波器组/通道并行细分。这种方案不适应星载辐射计快速扫描观测，且滤波器庞大，通道数提升空间也很有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种高光谱微波辐射计中可配置的数字谱仪。

本发明提出了一种用于高光谱微波辐射计的可配置数字谱仪，所述可配置数字谱仪包括：高速AD模块、处理模块、通讯模块和设置于上位机的控制模块；处理模块通过FPGA实现，其中，

所述高速AD模块，用于根据处理模块发送的采样命令，设置采样模式进行信号采样，并对被采信号进行模数转换后发送至处理模块；

所述处理模块，用于接收并解析配置指令，发送采样命令至高速AD模块，并接收模数转换后的采样信号，根据配置指令，设置延时数量，完成采样信号的频分或时分处理并发送至串口模块；

所述通讯模块，用于将收到的配置指令发送至处理模块，并以一定速率将收到的数字信号发送至控制模块；

所述控制模块，用于生成配置指令发送至通讯模块，还用于接收通讯模块发送的数字信号。

作为上述可配置数字谱仪的一种改进，所述配置指令包括包头和数据体；其中，

所述数据体包括：寄存器标识符、寄存器长度、延时相关参数标识符、延时相关参数、采样通道数标识符和采样通道数。