快速调制的傅里叶干涉仪信息获取研究

• 作 者: 邵春沅
• 出 处: 中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 傅里叶变换红外光谱仪 信息获取电路 噪声模型 探测灵敏度

干涉式大气垂直探测仪接收地球大气的辐射,由干涉仪调制成干涉信号,通过对干涉信号的傅里叶反变换得到入射辐射的光谱信息,从而获得大气温湿度和气体成分的垂直分布情况。干涉式大气垂直探测仪具有高光谱分辨率和高灵敏度的优点,是我国未来气象卫星的重要载荷。本文基于红外高光谱大气探测仪的研制工作,针对大动态范围、动镜调制速度较快的傅里叶干涉仪,全面阐述了其信息获取系统的指标确定、方案设计、噪声分析、系统设计实现及测试结果。论文首先调研了国内外多种干涉式大气垂直探测仪及其信息获取技术,理论分析了信息获取系统各个环节的噪声来源和对仪器探测灵敏度的影响。在此基础上,提出了信息获取系统的技术方案和相关指标;对低噪声前置放大、抗混叠滤波和电磁兼容性设计等关键技术进行了研究;完成了信息获取电路的设计,并且测试了其噪声水平。论文分析了傅里叶变换光谱仪由动镜速度和采样过程中的随机误差引起的光谱噪声,建立了基于噪声等效辐亮度差(NEdN)和噪声等效温差(NEdT)的噪声模型。分析表明,动镜速度的波动与电路幅频响应、时间延迟的综合作用,以及采样触发的短时抖动,都是系统噪声的来源。通过MATLAB数值模拟,对动镜速度和采样抖动的噪声影响进行了仿真分析与模型计算,验证了理论模型,评估了实际仪器的噪声水平,为动镜控制、抗混叠滤波器的设计以及傅里叶变换光谱仪的噪声定量化计算和改善提供了依据。论文提出了信号获取电路测试和干涉数据处理的方案,并对测试结果进行了分析。结果表明,前置放大电路噪声小于对应的探测器噪声,满足低噪声的设计要求。该系统在整机调试中实现了对目标黑体辐射的干涉信号获取,系统灵敏度基本达到仪器整体的性能要求,对傅里叶变换红外光谱仪的深入研究具有一定的参考意义。