星載光譜儀本地時鐘源設(shè)計與研發(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)庫和多組分光譜氣體數(shù)值算法可以實現(xiàn)污染物的定量分析。星載光譜儀可以實現(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)繞地球高速運行，微小的時間誤差會導致巨大的觀測誤差，因此遙感設(shè)備需要設(shè)計本地時鐘源對衛(wèi)星平臺時鐘進行跟蹤和倍頻，輸出的高精度本地時鐘記錄星載光譜儀起始曝光時刻。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)星時鐘不正常翻轉(zhuǎn)造成的錯誤需要設(shè)計本地時鐘源通過糾錯策略進行校正。
　　數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計是時鐘同步和倍頻的關(guān)鍵技術(shù)，而長周期輸入信號和大倍頻系數(shù)從兩方面增加了設(shè)計難度?；谛l(wèi)星時鐘和本地時鐘授時誤差互補的特點，本文提出了一種針對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)字鑒相器改進的時序數(shù)字鑒

3、相器和比例積分濾波器實現(xiàn)了對輸入GPS秒脈沖的快速捕獲和跟蹤。通過建立時域、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)場可編程門陣列予以實現(xiàn)。
　　針對GPS秒脈沖和廣播時間包隨機出現(xiàn)的不正常翻轉(zhuǎn)、丟失等問題，提出了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列的星載設(shè)備光譜儀本地時鐘源糾錯策略。通過本地晶振計數(shù)產(chǎn)生本地秒脈沖和本地時間包分別與GPS秒脈沖和廣播時間包比較，通過差值判斷GPS秒脈沖和廣播時間包狀態(tài)，根據(jù)連續(xù)接收正常狀態(tài)GPS秒脈

4、沖和廣播時間包個數(shù)判斷其是否可信，進而做出決策決定本地秒脈沖和本地時間包是否與GPS秒脈沖和廣播時間包同步，實現(xiàn)本地時鐘的穩(wěn)定輸出。
　　通過上位機和單片機模擬衛(wèi)星平臺，使用FPGA完成上述星載光譜儀本地時鐘源設(shè)計，搭建實驗室測試平臺完成測試。通過運12機載試驗飛機平臺和機載光譜儀完成機載遙感平臺的測試。
　　實驗表明，本設(shè)計實現(xiàn)的數(shù)字鎖相環(huán)最短可以在5個輸入時鐘周期內(nèi)進入鎖定狀態(tài)，穩(wěn)定工作時每秒累積誤差小于0.1ms，在實