电子学报 ›› 2020, Vol. 48 ›› Issue (5): 922-929.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2020.05.012

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基于FPGA的多通道高速数字谱仪的关键算法的设计与实现

罗阳锦1,2, 张升伟1   

  1. 1. 中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室, 北京 100190;
    2. 中国科学院大学, 北京 100190
  • 收稿日期:2019-07-11 修回日期:2019-09-26 出版日期:2020-05-25
    • 作者简介:
    • 罗阳锦 女,四川人.1992年出生,本科就读于兰州理工大学,于2015获得学士学位,现阶段为中国科学院国家空间科学中心博士研究生,主要研究领域为被动微波遥感探测技术与应用.E-mail:luoyangjin123456@163.com;张升伟 男,山东人,1963年出生,理学硕士,博士生导师.2001年至2014年为中国科学院空间科学与技术研究中心研究员,主持和参加国家重大科研项目十余项,主要研究领域为被动微波遥感技术和应用研究,包括陆基、机载和星载微波辐射计系统设计和研究.目前研究领域为被动微波遥感探测机理、技术与应用研究,先进微波遥感器系统设计与研制.E-mail:zhangshengwei@mirslab.cn
    • 基金资助:
    • 国家重点研发计划 (No.2018YFB0504900,No.2018YFB0504902)

Key Implementation of High-Speed Digital Spectrometer Based on Polyphase Filterbanks and Advanced FFT on FPGA

LUO Yang-jin1,2, ZHANG Sheng-wei1   

  1. 1. The Key Laboratory of Microwave Remote Sensing, National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
    2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
  • Received:2019-07-11 Revised:2019-09-26 Online:2020-05-25 Published:2020-05-25
    • Supported by:
    • National Key Research and Development Program of China (No.2018YFB0504900, No.2018YFB0504902)

摘要: 为实现微波辐射计大带宽数字化探测的需求,解决现场可编程门阵列(Feild Programmable Gate Array,FPGA)内部处理速度限制输入数据速率的问题,提出了一种基于多相滤波器组和高级快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)结构的高速数字谱仪设计方案,介绍了多相滤波器组和高级FFT理论基础并给出了具体的硬件设计和硬件实现,完成了硬件的功能仿真,将MATLAB仿真和硬件功能仿真的结果进行对比,验证了该设计方案的可行性.在低时间成本和低经济成本条件下,该方案可实现微波辐射计后端的灵活配置和共享多个微波辐射计前端的功能.

关键词: 高速数字谱仪, 多相滤波器组, 高级快速傅里叶变换结构, 微波辐射计

Abstract: High speed data rate due to the improvement of frequency band of microwave radiometer gives a great challenge to design the backend of microwave radiometer. A method of a combination of polyphase filterbanks structure and advanced FFT structure was presented to solve this problem. This paper gave the design and key implementation of this method, compared result of mathematical method on MATLAB and that of implementation on FPGA. The results match each other well, which means that this method can work in designing high speed digital spectrometer. It is new in the design of backend of microwave radiometer used to achieve broadband measurement of atmosphere. It is flexible to change the design of backend to share different front ends of microwave radiometer at low time and financial cost. At the same time, it is a good resolution to realize high speed digital spectrometer.

Key words: high speed digital spectrometer, polyphase filterbanks, advanced FFT method, microwave radiometer

中图分类号: