高精度线偏振辐射计数据采集系统设计

摘要

近年来，随着科技的进步，太阳辐射计作为一种可进行气溶胶光学厚度探测和大气微物理特性区分的遥感探测仪器在遥感探测领域中具有重要应用，偏振太阳辐射计以其获取信息维度多、偏振探测精度高等偏振探测优点成为太阳辐射计的发展方向。为满足偏振辐射计高精度的偏振测量要求，对仪器系统设计提出了新的要求，具体对电子学来说主要体现是具有较大的动态范围、良好的线性同时具备极低的系统噪声，因此设计一种高精度的偏振辐射计数据采集系统对仪器的研制具有重要的意义。
　　本论文根据高精度线偏振辐射计的工作原理和应用需求，针对目前传统偏振辐射计数据采集系统中微弱信号获取所采用的跨阻放大法存在高阻值的反馈电阻噪声大、稳定性差、集成度低等缺点，开展了对高精度线偏振辐射计数据采集系统的研究，分析了仪器重要的电路参数并建立了两种微电流获取方式的噪声模型，然后推导出信噪比公式，得出在采样频率要求不高的情况下，采用电容积分法的微电流测量方法噪声较低、信噪比较高的结论，从而解决了传统偏振辐射计数据采集系统集成度低、稳定性差、随机噪声影响大等问题。
　　基于以上分析研究，对高精度线偏振辐射计数据采集系统进行需求分析与方案设计，采用了基于电容积分的直接电流数字化集成芯片DDC112直接将探测器信号转换成20bit数字量被FPGA读取，然后对设计的结果进行电路性能测试和整机性能测试，验证了设计方案的合理性，并进行了外场试验。实验结果表明:该数据采集系统具有较高的响应动态范围，等效噪声辐亮度比较理想，常规气溶胶探测波段信噪比大于等于127，典型地表探测波段信噪比大于等于147，仪器稳定性优越，线性度优于1％，线偏振度测量精度优于0.5％，达到仪器设计指标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 研究的目的和意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 论文的研究内容和结构安排

第2章 需求分析与方案设计

2．1 高精度线偏振辐射计工作原理介绍

2．2 高精度线偏振辐射计数据采集系统需求分析

2．2．1 探测器选型

2．2．2 前放电路和AD选型

2．2．3 主控选型

2．3 方案设计

2．4 本章小结

第3章 高精度线偏振辐射计硬件设计

3．1 主控模块设计

3．1．1 FPGA概述

3．1．2 FPGA选型

3．1．3 FPGA最小系统设计

3．2 DDC112模块设计

3．3 温控模块设计

3．4 其他控制模块设计

3．5 电源模块设计

3．6 硬件电路调试

3．7 本章小结

第4章 高精度线偏振辐射计FPGA控制程序设计

4．1 ISE集成环境介绍

4．2 主控程序设计与实现

4．3 DDC112模块程序设计与实现

4．4 帧协议解析模块设计与实现

4．5 FIFO存储器程序设计与实现

4．6 本章小结

第5章 性能测试与验证

5．1 电路性能测试与验证

5．1．1 电路噪声测试

5．1．2 电路线性测试

5．2 整机性能测试与验证

5．2．1 等效噪声辐亮度与典型辐亮度下的信噪比测试

5．2．2 仪器的动态范围测试

5．2．3 系统线性测试

5．2．4 系统稳定性测试

5．2．5 探测器本底测试

5．2．6 偏振度验证

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 个人独立完成的工作

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文