毫米波大气臭氧探测辐射计系统设计

Abstract

平流层臭氧浓度对于地球气候变化和生态环境有着重要影响. 具有谱分析能力的高光谱毫米波辐射计是一种用来探测大气痕量气体的被动式微波遥感器, 能够有效探测大气臭氧垂直廓线, 在空间地球科学领域中具有十分重要的应用价值. 本文研制了一种探测平流层大气臭氧吸收谱线的新型高光谱毫米波臭氧辐射计系统, 该系统结构包括射频接收机和数字后端谱分析仪. 射频接收机部分采用超外差结构获取142.175 GHz±100 MHz带宽信号, 数字后端谱分析部分采用高性能模数转换器对输入模拟信号进行5×108 sample·s–1采样, 14 bit量化, 输入信号3 dB带宽200 MHz, 通过高性能现场可编程门阵列(FPGA)获取信号功率谱, 实现了探测通道数16384, 谱分辨率12.2 kHz. 根据辐射计系统关键模块的设计方案、器件选型和测试方法, 开展大气探测实验, 并将实验结果与大气辐射传输模拟软件(ARTS)仿真结果进行对比, 得出系统灵敏度及各项指标可以满足大气臭氧反演需求, 验证了系统设计的正确性, 满足平流层臭氧浓度监测、预警及其导致的气候变化研究的应用需求.

Keywords

• 臭氧
• 毫米波辐射计
• 射频接收机
• FPGA