高光谱微波辐射计系统中2GHz带宽数字谱仪设计

高光谱微波辐射计是一种用于探测大气痕量气体的新型被动微波遥感器,数字谱仪是高光谱微波辐射计的核心部件.本文提出了一种新型宽带、实时数字谱仪的设计和实现方案,通过改进、结合快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的并行处理和复数处理,形成了核心的基16实时复数FFT算法,最终得到信号的功率谱结果.数字谱仪采样率4.8 GHz,采用8 bit量化,输入3 dB带宽2 GHz,实现了1 024(1k)个频谱通道的结果.本文利用大气辐射传输模拟器(Atmospheric Radiative Transfer Simulator,ARTS)模拟了真实大气亮温谱并进行了仿真分析,随后通过输入的点频信号进行了测试,结果表明,核心算法子带亮温偏差最大值为0.02 K左右,核心算法子带灵敏度与理想子带灵敏度相比恶化程度低于20%,数字谱仪的有效位数(Effective Number Of Bits,ENOB)优于3 bit,信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)优于20 dB,谱分辨率恒定为2.3 MHz,可以有效满足辐射计中高层大气谱线探测的需求.

高光谱微波辐射计宽带高速数字系统设计

高光谱微波辐射计是基于频谱分析技术的精细谱段微波辐射计,通过增加探测通道实现高垂直分辨率大气探测,解决传统微波辐射计通道数少,频谱分辨率低的问题.该系统采用高性能模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)实现对模拟输入信号进行10Gsps采样,8bit量化,并基于高性能现场可编程门阵列(Field Programming Gate Array,FPGA)芯片获取输入信号的功率谱.文章详细介绍了宽带高速数字系统设计、器件选型和测试方法,给出了测试结果,分析表明硬件系统设计符合设计要求.