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微波辐射计谱分析仪（简称微波辐射谱仪）是近年来在传统的微波辐射计基础上发展起来的。利用高速ADC采集卡将正交接收机过来的中频信号转换为数字信号，再利用FPGA进行FFT算法处理得到探测目标信号的谱线，将实现这个过程的设备称为谱分析仪（简称谱仪）。它代替了传统辐射计的检波和低频放大电路，可以观测在一个宽谱范围内不同频率通道内的对应亮温，在临边探测(MLS)及宇宙背景痕量气体探测中得到广泛应用。毫米波/亚毫米波的微波辐射谱仪可以用来探测存在于行星，彗星等宇宙空间的分子谱线，在微波大气临边探测及痕量气体探测方面具有重要应用价值。通过探测22.235GHz的水汽吸收谱线并利用反演算法可以估算水汽的垂直分布。 本文的主要内容包括: (1)研究了微波谱辐射谱仪的系统原理，完成了K波段微波谱辐射谱仪的方案设计，其中包括正交接收机和谱仪的系统结构设计。 (2)利用Xilinx公司的KC705开发板和250MHz高速ADC采集卡，完成谱仪算法的技术实现。其中共有六个功能模块，分别为时钟管理模块、自校准模块、延迟和串并转换模块、SPI与ADC通信模块、SPI与cdce72010通信模块和FFT模块。使用ISE13.4平台软件编程实现了各个模块，并利用Modelsim10.1a4平台仿真验证其正确性。 (3)完成了双通道传统微波辐射计设计与实现。经测试，检波电路线性度为0.99998，系统线性度为0.99995，非线性度误差优于0.2K，通道灵敏度优于0.35K。 (4)完成了具有500MHz采样带宽，8bit采样率的高速ADC采集卡的原理图的设计，主要包括时钟产生，高速AD采样，FMC接口等。 本文采用Xilinx公司的KC705开发板，其上含有两种不同连接器LPC和HPC，以用作标准到载卡上的FPGA的接口，均支持高达2Gb/s的单端和差分信号传输速率，能够通过升级高速ADC采集卡实现系统的升级和定制，使得整个系统易实现、易移植，具有较强的适应性和扩展性，为大气临边探测等星载微波辐射计谱仪提供了技术支持。