星載光譜儀本地時(shí)鐘源設(shè)計(jì)與研發(fā).pdf

1、空氣質(zhì)量和氣候改變與大氣環(huán)境狀態(tài)密切相關(guān)。每種污染物都有自己的光譜特征，通過光譜數(shù)據(jù)庫(kù)和多組分光譜氣體數(shù)值算法可以實(shí)現(xiàn)污染物的定量分析。星載光譜儀可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，反演空氣污染的形成、演變和輸送過程。
　　遙感衛(wèi)星環(huán)繞地球高速運(yùn)行，微小的時(shí)間誤差會(huì)導(dǎo)致巨大的觀測(cè)誤差，因此遙感設(shè)備需要設(shè)計(jì)本地時(shí)鐘源對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)時(shí)鐘進(jìn)行跟蹤和倍頻，輸出的高精度本地時(shí)鐘記錄星載光譜儀起始曝光時(shí)刻。另一方面，工作在太陽同步軌道的遙感衛(wèi)星由于通訊誤碼等原因?qū)?/p>

2、致衛(wèi)星時(shí)鐘不正常翻轉(zhuǎn)造成的錯(cuò)誤需要設(shè)計(jì)本地時(shí)鐘源通過糾錯(cuò)策略進(jìn)行校正。
　　數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)是時(shí)鐘同步和倍頻的關(guān)鍵技術(shù)，而長(zhǎng)周期輸入信號(hào)和大倍頻系數(shù)從兩方面增加了設(shè)計(jì)難度?；谛l(wèi)星時(shí)鐘和本地時(shí)鐘授時(shí)誤差互補(bǔ)的特點(diǎn)，本文提出了一種針對(duì)GPS秒脈沖同步和10000倍倍頻條件下快速鎖定的數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法，晶振的累積誤差通過相位跟蹤被有效抑制。在經(jīng)典數(shù)字鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上增加了可調(diào)增益的放大模塊，通過基于雙D觸發(fā)器型數(shù)字鑒相器改進(jìn)的時(shí)序數(shù)字鑒

3、相器和比例積分濾波器實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入GPS秒脈沖的快速捕獲和跟蹤。通過建立時(shí)域、Z域和S域近似模型分析了數(shù)字鎖相環(huán)的響應(yīng)特性，用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列予以實(shí)現(xiàn)。
　　針對(duì)GPS秒脈沖和廣播時(shí)間包隨機(jī)出現(xiàn)的不正常翻轉(zhuǎn)、丟失等問題，提出了一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的星載設(shè)備光譜儀本地時(shí)鐘源糾錯(cuò)策略。通過本地晶振計(jì)數(shù)產(chǎn)生本地秒脈沖和本地時(shí)間包分別與GPS秒脈沖和廣播時(shí)間包比較，通過差值判斷GPS秒脈沖和廣播時(shí)間包狀態(tài)，根據(jù)連續(xù)接收正常狀態(tài)GPS秒脈

4、沖和廣播時(shí)間包個(gè)數(shù)判斷其是否可信，進(jìn)而做出決策決定本地秒脈沖和本地時(shí)間包是否與GPS秒脈沖和廣播時(shí)間包同步，實(shí)現(xiàn)本地時(shí)鐘的穩(wěn)定輸出。
　　通過上位機(jī)和單片機(jī)模擬衛(wèi)星平臺(tái)，使用FPGA完成上述星載光譜儀本地時(shí)鐘源設(shè)計(jì)，搭建實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)完成測(cè)試。通過運(yùn)12機(jī)載試驗(yàn)飛機(jī)平臺(tái)和機(jī)載光譜儀完成機(jī)載遙感平臺(tái)的測(cè)試。
　　實(shí)驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鎖相環(huán)最短可以在5個(gè)輸入時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，穩(wěn)定工作時(shí)每秒累積誤差小于0.1ms，在實(shí)