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PSD在空间探测中的应用 陈济王英鉴张件谋 (中国科学院空间中心 北京100080) 摘 要 本文介绍了相敏检测概念在日全食期间的中间层大气臭氧观测的应用，在 光谱韵测量中，可对涮量光谱进行选择接收并对噪声进行强烈抑制。它与同步积分联合应 用，具有强烈的抗干扰能力和抑制噪声。他是检测微弱正弦信号的主要手段。微弱信号检测 是一种专门与噪声作斗争的技术。1997年3月9日漠河日全食期间，用地基观测系统…1．27 um气珲光度计对中同层大气臭氧的变化特性进行了双测。利用日食期间1．27nE气晖辐射 反演大气臭氧的高度范围约为52—67kⅢ，臭氧含量的变化幅度约为50％。得出理论摸拟结果 与观测结果基本一致。 关键词：中间层臭氧 日全食气晖相关检测 1．引 言{ 日全食期同地面仪器能接收到的氧分子红外大气带o：(1Ag)1．27pm气晖辐射谱的能 量缀微弱，最小电信号为nv(毫微伏)在1．27um气晖光度计中电子学系统为相干检测的 锁定放大系统，探测器采用锗光探测器，它在1．27um附近具有高的灵敏度。为了提高信 噪比对探涮器进行热电致冷，探测器输出信号经前放、选频、同步积分、主放、相敏检波， 低遥滤波经^／D到计算机进行数据处理、储存。同步(参考)信号由相位探铡器到逢放、 整形、移相、相位、幅度控制，再传输到相关器和同步积分器。如图一： 透镜 滤光片 图一1．27 um气晖光度计原理图 2． 前置级： 它主要是与源进行噪声匹配的低噪声前置放大器，它基本决定了系统的噪声性能，本级 采用无噪声偏置。电路为低噪声场效应管共源共橱串接形式，因而内部反馈小，提高了电 路的稳定性，通过电窖C2自举反馈可以提高增益。 盯9 下图中Rl、Ii2、cc．、‰组成的无噪声偏置电路，当它们满足低噪声他条件时t能够 通过c。撼R，、路上的热噪声和低频电流噪声滤去a n7 圈二低噪声前置放大 3． 锁定放大器 锁定放大器由信号通道、参考通道和相关器组成，用于测量深埋在噪声或直流漂移中极 sen3itive 其微弱信号的辐度和相位。相敏检波器(Phase Detector)简称PsD，是相干检 测的核心电路。它起着非常重要的作用．PsD实际上是摸拟乘法器，是相关器的重要形式， 原理框图如图二： Ul(t) u出(t) 图二 一般待测信号u。(t)为正弦信号，本地(参考)信号也(t)如果也为正弦信号，则LPF的输 山啪． ～：：㈤：；rul(t)k吣2寺u批。s书 其中u。u。分别为u。(t)、也(t)的振福，巾为它们之闻的相位差，在实际电路中参考信 号u2(t)为开关(方波)信号，且与待浸4信号同频，即开关函数为： 啪等车警胁吒删“煳、 如：U1(t)=Ulosin(∞t}巾) 则：um(t) (高次谐波 均被LPF滤除) 々仃 n一一 其中积分时同常数T=竺、实际中积分时间T’=nT 功 4． 同步积分器 同步积分与上述相关检测一样，能从噪声中提取已知频率的正弦信号或方波信弓，其传 180 输函数与上述簇拟乘法器有同样的特性。同