應用于射電天文的高速寬帶頻譜儀設計.pdf

1、目前射電頻譜儀已發(fā)展成為射電天文觀測的重要儀器，在對脈沖星觀測、日冕物質(zhì)拋射、星系譜線紅移等的研究中都發(fā)揮著極其重要的作用，同時也為搜尋地外文明、探索未知星體等課題提供了強有力的工具。不斷增長的天文觀測需求對頻譜儀提出了更高的要求，需要在更大帶寬、更高頻率分辨率、更高時間分辨率條件下完成頻譜數(shù)據(jù)的實時處理與連續(xù)記錄，所以對高速寬帶頻譜估計系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義與應用價值。
　　本文分析研究了國內(nèi)外射電頻譜分析設備的發(fā)展現(xiàn)狀，

2、并結(jié)合射電天文觀測中高速、寬帶、高頻率分辨率、高時間分辨率、實時處理與連續(xù)記錄等方面的需求，對射電頻譜分析儀進行了研究與設計。本文在ADC、FPGA、ARM三塊板卡組成的軟件無線電通用硬件平臺上，完成了射電頻譜儀FPGA設計，主要包括數(shù)據(jù)輸入接口模塊、傅里葉變換模塊、巴特利特周期圖模塊、ARM控制模塊以及千兆以太網(wǎng)口模塊這五個關(guān)鍵模塊。其中，數(shù)據(jù)輸入接口模塊通過IDDR等技術(shù)完成2.4 GSps高速采集信號的8路串轉(zhuǎn)并工作，并使用IDE

3、LAY技術(shù)補償高頻時鐘下由于布線差異帶來的相位延遲;結(jié)合基4蝶形運算和N點復數(shù)序列計算2N點實數(shù)序列相關(guān)算法，采用組合FFT高速并行結(jié)構(gòu)完成共計32K通道的傅里葉變換，大幅節(jié)省了FPGA硬件資源;使用巴特利特平均周期圖法計算功率譜數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶設定的參數(shù)對功率譜數(shù)據(jù)進行累加、增益控制、位選擇等操作;ARM控制模塊通過GPIO接口與AHB總線，完成對ADC、FPGA等芯片的初始化及參數(shù)配置等工作;通過“請求-確認”握手機制完成數(shù)據(jù)跨時鐘域