CN112666636A - 微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，首先连接试验设备，将频谱细分接收机前端接入能遍历整个采样带宽(fs/2)的点频信号源，后端连接上位机，点频信号源产生的信号进入频谱细分接收机，经过处理后输出至上位机；将信号源的频率设置为各个细分通道的中心频率，经过频谱细分接收机后，对应每个频谱细分通道能够得到一个输出，并由上位机采集输出结果；最后，计算得出相对应各个通道的耦合大小。本发明方法实现简单、可靠性高、测量效率高，可以用于星载、机载、地基精细谱段微波辐射计的性能测试。

Description

微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法
技术领域
本发明涉及一种精细谱段微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，属于微波遥感领域。
背景技术
近十年来，数值天气预报模式发展十分迅速，模式对初始场的精度和空间分辨率要求越来越高，目前的大气探测精度和分辨率已经无法满足模式精度的要求。对于微波辐射计，其所观测到的辐射值是固定视场内不同高度大气层向上微波辐射量的加权和，各探测频率的权重函数峰值高度各不相同，对不同高度的大气层信息有不同的敏感性，可以选择不同频率的探测通道来探测不同高度层的大气。为了提高大气廓线探测的垂直分辨率，可通过增加工作于不同频率上的探测通道数，即通过频谱细分实现，增加频谱细分探测通道所带来的更多分层信息从很大程度上增加了观测数据的信息量，不仅有助于改善廓线的垂直分辨率，更有助于提高探测精度。由单通道向多通道，通道数量逐渐增多实现频谱细分，从而获取更精确更丰富的探测信息，是高性能微波辐射计的发展趋势。
精细谱段微波辐射计能够对大气进行频谱细分观测，而频谱细分接收机作为最核心的单机，能够实现频谱细分功能。以数字FFT频谱细分接收机为例，其组成框图如图1所示，由高速ADC以及FPGA组成，通过ADC能够完成信号的高速采集，并输出至FPGA内。FPGA则能够按照逻辑对信号进行FFT运算，最终实现频谱细分。
频谱细分接收机输入的是模拟信号，而输出的是不同细分频带(通道)的积分功率。在实际应用当中，如果两个细分频带之间存在互耦，那么会对大气反演带来误差，因此需要对频谱细分接收机的通道间的耦合情况进行测试。
目前还未见频谱细分接收机通道间耦合情况的测试方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法。
本发明解决技术的方案是：
微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，该方法的步骤包括：
(1)设频谱细分接收机的采样带宽为fs，通道数为N，则频谱细分接收机的频谱分辨率为
Figure BDA0002845349830000021
待测频谱范围为
Figure BDA0002845349830000022
待测通道为正N/2个通道；
(2)将频谱细分接收机前端接入所述点频信号源，后端连接上位机；
(3)令i的初值为1；
(4)设置点频信号源频率为第i个通道的中心频率；
(5)点频信号源所产生的信号进入频谱细分接收机后，通过上位机得到频谱范围在
Figure BDA0002845349830000023
的
Figure BDA0002845349830000024
个通道的输出功率，其中第j个通道的输出功率为Pj，
Figure BDA0002845349830000025
(6)利用如下公式计算第j个通道关于第i个通道的耦合值xij：
Figure BDA0002845349830000026
式中，Pmax为所有通道最大输出功率；然后进入步骤(7)；
(7)i的值加1，判断i是否大于
Figure BDA0002845349830000027
若是，则测试结束，否则重复步骤(4)—(6)。
所述步骤(2)中，点频信号源的频谱输出范围能够覆盖
Figure BDA0002845349830000028
所述步骤(4)中，第i个通道的中心频率为
Figure BDA0002845349830000031
所述步骤(6)中，Pmax通常为第i个通道的输出功率。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明实现简单，仅需提供频谱范围内的点频信号源即可完成测试；
(2)本发明测量精度高，可以精确获知每个通道的耦合大小；
(3)本发明测量效率高，输入点频信号后可以实时获取测试结果。整个测试流程简单，可以用于星载、机载、地基精细谱段微波辐射计的测试，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为频谱细分接收机组成框图；
图2为通道互耦性能测试装置示意图；
图3为通道耦合性能测试流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
本发明提供了一种精细谱段微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，填补了精细谱段微波辐射计频谱细分接收机通道耦合性能测试的空白。
本发明测试方法如图2所示。首先连接试验设备，将频谱细分接收机前端接入能遍历整个采样带宽(fs/2)的点频信号源，后端连接上位机，点频信号源产生的信号进入频谱细分接收机，经过处理后输出至上位机，由上位机得到最终结果；接下来，分别将信号源的频率设置为各个细分通道的中心频率，经过频谱细分接收机后，对应每个频谱细分通道能够得到一个输出，并由上位机采集输出结果；最后，通过公式(1)计算得出相对应各个通道的耦合大小。
通道间的互耦可以表示为：
Figure BDA0002845349830000032
式中，Pmax为所有通道最大输出功率，Pi为第i个通道输出功率。
已知该频谱细分接收机的细分算法点数为N，则共有N/2个待测通道，每个通道的中心点频分别是
Figure BDA0002845349830000041
其中
Figure BDA0002845349830000042
依次将信号源的频率设置在这N/2个通道中心点频，根据公式(1)便可得到此时其他通道的耦合大小。
本发明通过改变输入信号的频率遍历整个采样带宽所有的频谱细分通道，即可得到各个通道与其他通道之间的互耦大小。测试过程流程图如图3所示。具体地，本发明的测试过程如下：
(1)设频谱细分接收机的采样带宽为fs，通道数为N，则频谱分辨率为
Figure BDA0002845349830000043
确定接收机的待测频谱范围为
Figure BDA0002845349830000044
待测通道为正N/2个通道；
(2)选择频谱输出范围能够覆盖
Figure BDA0002845349830000045
的点频信号源，并如图2所示连接测试设备；
(3)令i的初值为1；
(4)设置点频信号源频率为
Figure BDA0002845349830000046
(5)将点频信号源所产生的信号输入频谱细分接收机，并通过上位机得到频谱范围在
Figure BDA0002845349830000047
的
Figure BDA0002845349830000048
个通道的输出功率，第j个通道的输出功率为Pj
Figure BDA0002845349830000049
(6)计算通道互耦。此时第j个通道关于第i个通道的耦合大小为
Figure BDA00028453498300000410
其中
Figure BDA00028453498300000411
式中，Pmax为所有通道最大输出功率，通常为第i个通道，Pj为第j个通道输出功率。然后进入步骤(7)。
(7)i的值加1，判断i是否大于
Figure BDA0002845349830000051
若是，则测试结束，否则重复步骤(4)—(6)。
通过改变输入信号的频率遍历整个采样带宽所有的频谱细分通道，即可得到各个通道与其他通道之间的互耦大小。该测试过程流程图如图3所示。
本发明方法实现简单、可靠性高、测量效率高，可以用于星载、机载、地基精细谱段微波辐射计的性能测试。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)设频谱细分接收机的采样带宽为fs，通道数为N，则频谱细分接收机的频谱分辨率为
Figure FDA0002845349820000011
待测频谱范围为
Figure FDA0002845349820000012
待测通道为正N/2个通道；
(2)将频谱细分接收机前端接入所述点频信号源，后端连接上位机；
(3)令i的初值为1；
(4)设置点频信号源频率为第i个通道的中心频率；
(5)点频信号源所产生的信号进入频谱细分接收机后，通过上位机得到频谱范围在
Figure FDA0002845349820000013
的
Figure FDA0002845349820000014
个通道的输出功率，其中第j个通道的输出功率为Pj，
Figure FDA0002845349820000015
(6)利用如下公式计算第j个通道关于第i个通道的耦合值xij：
Figure FDA0002845349820000016
式中，Pmax为所有通道最大输出功率；然后进入步骤(7)；
(7)i的值加1，判断i是否大于
Figure FDA0002845349820000017
若是，则测试结束，否则重复步骤(4)—(6)。
2.根据权利要求1所述的微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中，点频信号源的频谱输出范围能够覆盖
Figure FDA0002845349820000018
3.根据权利要求1所述的微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中，第i个通道的中心频率为
Figure FDA0002845349820000019
4.根据权利要求1所述的微波辐射计频谱细分接收机的通道耦合性能测试方法，其特征在于：所述步骤(6)中，Pmax通常为第i个通道的输出功率。
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