基于FPGA的微波輻射計數控系統設計與實現

　　微波輻射計是一種被動式的微波遙感器，用于全天時、全天候地觀測全球大氣溫度和濕度、降雨量等空間氣象資料，在全球性水文循環探測、地質與資源調查、海洋環境與海況檢測、災害性天氣預報與檢測等研究中發揮了重要作用。由于微波輻射計是一種被動式的遙感器，其靈敏度要求很高，同時，由于當今遙感儀器的設計越來越趨于高功能密度及小型化，因此，要求多通道微波輻射計的數據處理與控制系統具有高可靠性、高分辨率、實時性好、體積小、重量輕、功耗低以及可移植性強等特點。以往多數微波輻射計數控系統中采用的以80C31為核心的設計，由于受微處理器芯片和外圍電路的限制，擴展性差，所占體積較大，且需要多塊電路板協調工作，功耗較大。鑒于FPGA功能強大、邏輯速度快、功耗低及可移植性強等優點，本文采用FPGA為核心進行微波輻射計數控系統設計，實現了設備的低功耗和輕小型化。

　　1 系統結構

　　5頻段雙極化微波輻射計共10個通道，其中每個頻段結構框圖如圖1所示，由天線單元、接收機單元、定標單元、數據處理與控制系統、測溫電路等功能模塊組成。接收機單元包括內檢波、低頻放大、積分等部分[1]。接收機的輸入端通過電子開關周期地在天線單元和定標單元之間切換，同時噪聲源在加電和不加電兩種狀態下與匹配負載耦合，從而使定標源產生高、低不同的亮溫，5個頻段共用一套數據處理與控制系統。

　　數據管理與控制系統接收遠程計算機注入指令包，控制系統開關機和噪聲源上下電，系統上電后，由接收機單元接收的模擬信號送入數據處理與控制系統，由數據處理與控制系統進行數據采集與存儲，AGC自動增益控制、工作狀態控制以及與遠程計算機的數據通信。可見，數據處理與控制系統在微波輻射計各模塊中處于至關重要的位置。

　　1.1 數控系統總體結構

　　數控系統由FPGA及外圍電路、數據采集電路、AGC自動增益控制電路、系統開關控制電路、電平轉換電路、總線接口電路等部分組成，如圖2所示。

　　FPGA根據系統既定的時序或遠程計算機注入的控制指令，通過電平轉換電路進行轉換后，控制數據采集電路完成科學數據和溫度數據的采集，并控制AGC自動增益控制電路為多通道微波輻射計冷源和熱源的定標提供AGC調整值[2]。同時，FPGA通過控制電平控制系統開關，由控制電路完成整個系統、接收機和噪聲源的開關機功能，并完成科學數據包到遠程計算機的回傳。