基于FPGA的微波辐射计数控系统设计与实现

2010-11-14 22:32:51来源: 张 瑜,张升伟

  微波辐射计是一种被动式的微波遥感器,用于全天时、全天候地观测全球大气温度和湿度、降雨量等空间气象资料,在全球性水文循环探测、地质与资源调查、海洋环境与海况检测、灾害性天气预报与检测等研究中发挥了重要作用。由于微波辐射计是一种被动式的遥感器,其灵敏度要求很高,同时,由于当今遥感仪器的设计越来越趋于高功能密度及小型化,因此,要求多通道微波辐射计的数据处理与控制系统具有高可靠性、高分辨率、实时性好、体积小、重量轻、功耗低以及可移植性强等特点。以往多数微波辐射计数控系统中采用的以80C31为核心的设计,由于受微处理器芯片和外围电路的限制,扩展性差,所占体积较大,且需要多块电路板协调工作,功耗较大。鉴于FPGA功能强大、逻辑速度快、功耗低及可移植性强等优点,本文采用FPGA为核心进行微波辐射计数控系统设计,实现了设备的低功耗和轻小型化。

  1 系统结构

  5频段双极化微波辐射计共10个通道,其中每个频段结构框图如图1所示,由天线单元、接收机单元、定标单元、数据处理与控制系统、测温电路等功能模块组成。接收机单元包括内检波、低频放大、积分等部分[1]。接收机的输入端通过电子开关周期地在天线单元和定标单元之间切换,同时噪声源在加电和不加电两种状态下与匹配负载耦合,从而使定标源产生高、低不同的亮温,5个频段共用一套数据处理与控制系统。

  数据管理与控制系统接收远程计算机注入指令包,控制系统开关机和噪声源上下电,系统上电后,由接收机单元接收的模拟信号送入数据处理与控制系统,由数据处理与控制系统进行数据采集与存储,AGC自动增益控制、工作状态控制以及与远程计算机的数据通信。可见,数据处理与控制系统在微波辐射计各模块中处于至关重要的位置。

  1.1 数控系统总体结构

  数控系统由FPGA及外围电路、数据采集电路、AGC自动增益控制电路、系统开关控制电路、电平转换电路、总线接口电路等部分组成,如图2所示。

  FPGA根据系统既定的时序或远程计算机注入的控制指令,通过电平转换电路进行转换后,控制数据采集电路完成科学数据和温度数据的采集,并控制AGC自动增益控制电路为多通道微波辐射计冷源和热源的定标提供AGC调整值[2]。同时,FPGA通过控制电平控制系统开关,由控制电路完成整个系统、接收机和噪声源的开关机功能,并完成科学数据包到远程计算机的回传。

[1] [2] [3] [4] [5]

关键字:FPGA  微波辐射计  数据采集  数据通信

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1114/article_1432.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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