一種數字相關器以及數字全極化微波輻射計的製作方法

2023-07-30 23:57:56 2

一種數字相關器以及數字全極化微波輻射計的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種數字相關器，包括：採樣模塊、多路復用模塊、相關計算模塊、同步採樣時鐘模塊以及同步控制模塊；其中，所述採樣模塊採用採樣率等於或高於5GHz的模數轉換器實現，所述多路復用模塊、相關計算模塊以及同步控制模塊在一主頻高於400MHz的FPGA晶片上實現；採樣模塊中的不同採樣單元對外部輸入信號分別做高速採樣，得到兩路數位訊號，所述兩路數位訊號經多路復用模塊做多路復用後輸入所述的相關計算模塊，所述相關計算模塊對輸入的數位訊號做降速和相關計算；同步採樣時鐘模塊用於確保到達採樣模塊中不同採樣單元的採樣時鐘的相位一致，同步控制模塊用於控制採樣模塊中不同採樣單元間的同步工作。
【專利說明】一種數字相關器以及數字全極化微波輻射計
【技術領域】
[0001]本發明涉及微波輻射領域，特別涉及一種數字相關器以及數字全極化微波輻射計。
【背景技術】
[0002]全極化微波輻射計在傳統微波輻射計的基礎上，進一步提取了觀測目標的Stokes極化信息，是國際上19世紀90年代中後期才發展起來的一種新型的微波遙感器，也是美國、歐洲等國家和地區的研究熱點。全極化微波輻射計在短時間內獲得全球大面積風場結果的同時還可以獲得大氣雲水含量、水汽含量和海表溫度等參數，對於海洋和氣候研究相當的有利，同時有利於提高大氣和海洋預報模式的準確性。全極化微波輻射計中數據處理的核心部件數字相關器的研究，對我國製造自己的全極化微波輻射計有重要的意義。修正的Stokes矢量中的元素以亮溫K作為單位，如下式所示:
【權利要求】
1.一種數字相關器，其特徵在於，包括:採樣模塊、多路復用模塊、相關計算模塊、同步採樣時鐘模塊以及同步控制模塊；其中，所述採樣模塊採用採樣率等於或高於5GHZ的模數轉換器實現，所述多路復用模塊、相關計算模塊以及同步控制模塊在一主頻高於400MHz的FPGA晶片上實現； 所述採樣模塊中的不同採樣單元對外部輸入信號分別做高速採樣，得到兩路數位訊號，所述兩路數位訊號經多路復用模塊做多路復用後輸入所述的相關計算模塊，所述相關計算模塊對輸入的數位訊號做降速和相關計算；同步採樣時鐘模塊用於確保到達採樣模塊中不同採樣單元的採樣時鐘的相位一致，同步控制模塊用於控制採樣模塊中不同採樣單元間的同步工作。
2.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述採樣模塊包括兩個採樣單元，每一採樣單元為一模數轉換器，兩個模數轉換器分別連接到所述FPGA晶片並由所述同步採樣時鐘模塊對兩個模數轉換器的採樣時間進行同步控制。
3.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述模數轉換器採用型號為EV8AQ160的模數轉換器。
4.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述同步採樣時鐘模塊採用鎖相環 ADF4360-7 和 AD9514 實現。
5.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述同步控制模塊通過FPGA內部的時序電路同步觸發採樣模塊中模數轉換器的復位管腳，使其同步工作；所述同步控制模塊通過FPGA內部的時序電路同步觸發AD9514復位管腳，確保輸出時鐘的同步。
6.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述多路復用模塊實現至少一次多路復用操作；在每一次多路復用操作中，利用FPGA內部的高速寄存器，採用緩存技術對輸入信號進行1:2的多路復用·，並完成對輸入時鐘的二分頻處理，得到分頻時鐘，所述分頻時鐘對應多路復用的信號。
7.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述相關計算模塊所完成的相關計算包括兩路信號的實時自相關和互相關計算；所述相關計算模塊包括正交器、乘法器、加法器和累加器；所述正交器針對多路復用模塊的輸出信號產生對應的正交信號，變化後的兩對正交信號按照公式(I)分別通過乘法器做有符號的相乘運算，然後在加法器相加，最後通過累加器做積分；
8.根據權利要求7所述的數字相關器，其特徵在於，所述正交器針對多路復用模塊的輸出信號產生對應的正交信號採用希爾伯特變化或數字正交本振相乘濾波實現。
9.根據權利要求1所述的數字相關器，其特徵在於，所述FPGA晶片採用VerteX5系列晶片實現。
10.一種數字全極化微波輻射計，其特徵在於，包括雙極化天線、超外差接收機和基於權利要求1-9之一所述的數字相關器； 所述雙極化天線接收到水平極化和垂直極化的兩路信號，所接收到的兩路信號在所述超外差接收機中放大、濾波以及混頻，得到兩路信號，所述兩路信號在所述數字相關器中首先由採樣模塊中的不同採樣單元分別做高速採樣，得到兩路數位訊號，所述兩路數位訊號經多路復用模塊做多路復用後輸入所述的相關計算模塊，所述相關計算模塊對輸入的數位訊號做降速和相關計算，得到所要測量的四個極化亮溫；同步採樣時鐘模塊用於確保到達採樣模塊中不同採樣單元的採樣時鐘的相位一致，同步控制模塊用於控制採樣模塊中不同採樣單元間的同步工作。
【文檔編號】H03M1/54GK103532560SQ201310478944
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】陸浩, 王振佔, 李斌, 劉璟怡, 董帥 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心