一种数字相关器以及数字全极化微波辐射计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种数字相关器，包括：采样模块、多路复用模块、相关计算模块、同步采样时钟模块以及同步控制模块；其中，所述采样模块采用采样率等于或高于5GHz的模数转换器实现，所述多路复用模块、相关计算模块以及同步控制模块在一主频高于400MHz的FPGA芯片上实现；采样模块中的不同采样单元对外部输入信号分别做高速采样，得到两路数字信号，所述两路数字信号经多路复用模块做多路复用后输入所述的相关计算模块，所述相关计算模块对输入的数字信号做降速和相关计算；同步采样时钟模块用于确保到达采样模块中不同采样单元的采样时钟的相位一致，同步控制模块用于控制采样模块中不同采样单元间的同步工作。
【专利说明】一种数字相关器以及数字全极化微波辐射计
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波辐射领域，特别涉及一种数字相关器以及数字全极化微波辐射计。
【背景技术】
[0002]全极化微波辐射计在传统微波辐射计的基础上，进一步提取了观测目标的Stokes极化信息，是国际上19世纪90年代中后期才发展起来的一种新型的微波遥感器，也是美国、欧洲等国家和地区的研究热点。全极化微波辐射计在短时间内获得全球大面积风场结果的同时还可以获得大气云水含量、水汽含量和海表温度等参数，对于海洋和气候研究相当的有利，同时有利于提高大气和海洋预报模式的准确性。全极化微波辐射计中数据处理的核心部件数字相关器的研究，对我国制造自己的全极化微波辐射计有重要的意义。修正的Stokes矢量中的元素以亮温K作为单位，如下式所示:
【权利要求】
1.一种数字相关器，其特征在于，包括:采样模块、多路复用模块、相关计算模块、同步采样时钟模块以及同步控制模块；其中，所述采样模块采用采样率等于或高于5GHZ的模数转换器实现，所述多路复用模块、相关计算模块以及同步控制模块在一主频高于400MHz的FPGA芯片上实现； 所述采样模块中的不同采样单元对外部输入信号分别做高速采样，得到两路数字信号，所述两路数字信号经多路复用模块做多路复用后输入所述的相关计算模块，所述相关计算模块对输入的数字信号做降速和相关计算；同步采样时钟模块用于确保到达采样模块中不同采样单元的采样时钟的相位一致，同步控制模块用于控制采样模块中不同采样单元间的同步工作。
2.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述采样模块包括两个采样单元，每一采样单元为一模数转换器，两个模数转换器分别连接到所述FPGA芯片并由所述同步采样时钟模块对两个模数转换器的采样时间进行同步控制。
3.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述模数转换器采用型号为EV8AQ160的模数转换器。
4.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述同步采样时钟模块采用锁相环 ADF4360-7 和 AD9514 实现。
5.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述同步控制模块通过FPGA内部的时序电路同步触发采样模块中模数转换器的复位管脚，使其同步工作；所述同步控制模块通过FPGA内部的时序电路同步触发AD9514复位管脚，确保输出时钟的同步。
6.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述多路复用模块实现至少一次多路复用操作；在每一次多路复用操作中，利用FPGA内部的高速寄存器，采用缓存技术对输入信号进行1:2的多路复用·，并完成对输入时钟的二分频处理，得到分频时钟，所述分频时钟对应多路复用的信号。
7.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述相关计算模块所完成的相关计算包括两路信号的实时自相关和互相关计算；所述相关计算模块包括正交器、乘法器、加法器和累加器；所述正交器针对多路复用模块的输出信号产生对应的正交信号，变化后的两对正交信号按照公式(I)分别通过乘法器做有符号的相乘运算，然后在加法器相加，最后通过累加器做积分；
8.根据权利要求7所述的数字相关器，其特征在于，所述正交器针对多路复用模块的输出信号产生对应的正交信号采用希尔伯特变化或数字正交本振相乘滤波实现。
9.根据权利要求1所述的数字相关器，其特征在于，所述FPGA芯片采用VerteX5系列芯片实现。
10.一种数字全极化微波辐射计，其特征在于，包括双极化天线、超外差接收机和基于权利要求1-9之一所述的数字相关器； 所述双极化天线接收到水平极化和垂直极化的两路信号，所接收到的两路信号在所述超外差接收机中放大、滤波以及混频，得到两路信号，所述两路信号在所述数字相关器中首先由采样模块中的不同采样单元分别做高速采样，得到两路数字信号，所述两路数字信号经多路复用模块做多路复用后输入所述的相关计算模块，所述相关计算模块对输入的数字信号做降速和相关计算，得到所要测量的四个极化亮温；同步采样时钟模块用于确保到达采样模块中不同采样单元的采样时钟的相位一致，同步控制模块用于控制采样模块中不同采样单元间的同步工作。
【文档编号】H03M1/54GK103532560SQ201310478944
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】陆浩, 王振占, 李斌, 刘璟怡, 董帅 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心