基于ROACH的Zoom-PFB设计与实现

简述了基于ROACH和Xilinx System Generator平台的接收机数字后端系统的设计与实现。介绍了Zoom-PFB算法原理,讨论了该算法的核心部分低通滤波和抽取的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)实现。针对谱线观测局部高精度分辨率的需要,给出了将400 MHz带宽分为带宽25 MHz的16个通道,对其中任一通道做通道数为6 k、频率分辨率为4 k Hz的频谱细化系统的具体设计方案。在实验室条件下,对该数字后端的性能进行了分析和测试,并以4.5 m口径X/Y结构天线进行银道面中性氢谱线观测检验其应用效果,验证了方案的可行性。     

明安图观测基地复杂电磁环境和干扰消减措施

射频干扰是射电天文观测设备无法回避的问题。国家天文台(内蒙古)明安图观测基地多台各具特色的射电观测设备、各类电磁辐射源及其传播路径共同组成了复杂的电磁环境。现有超宽带高分辨太阳射电成像观测设备——明安图射电频谱日像仪,以及即将建设的子午二期工程的太阳行星际监测系统,包括米波-十米波射电日像仪、行星际闪烁望远镜和超宽带射电频谱仪等,全部频率覆盖1 MHz～15 GHz,观测结果用于太阳物理、空间天气监测和预报的关键问题研究,也对电磁环境提出了更高要求。介绍了明安图观测基地的观测设备及其地理环境,给出了方位频率功率谱、立体方向图、时间频率功率谱等射频干扰的初步监测结果,讨论了射频干扰预防、消减及射频干扰自监测方案。     

基于LabVIEW的双通道太阳射电频谱观测系统设计

太阳射电爆发是太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发过程的重要表现形式,是卫星通信和导航系统、地面电网系统、人类生活环境的潜在影响因素之一。对太阳射电爆发的监测与研究不仅可以预报空间天气,还可以作为太阳物理的研究工具。介绍了基于LabVIEW平台设计开发的双通道高速太阳射电频谱观测系统,针对太阳射电爆发具有随机性和持续时间短、变化快的特点实现对太阳射电爆发的监测。系统采用高速信号采集卡以1.5 GS/s的速率进行信号采集,系统时间分辨率可达4 ms,频率分辨率达45.776 4 kHz。采集的信号经过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)功率谱分析处理后输出显示其频谱图和瀑布图,得到太阳射电爆发的频率、强度以及持续时间等信息。观测数据利用文件传输协议(File Transfer Protocol, FTP)上传至服务器,实现存储资源的优化,观测数据的共享。该系统集成度高,可以应用于分析澄江抚仙湖观测基地11 m太阳射电望远镜输出的70～700 MHz信号。     

基于多相滤波的多通道数字终端设计

数字终端技术在射电天文数据处理方面已成为主流,在国内外都有广泛的应用。回顾了滤波的基本原理,多相滤波技术在多通道滤波中的应用,探讨了对通道带通性能的优化方法。使用美国UC Berkeley CASPER团组研发的终端开发平台实现了一个观测带宽为400 MHz,通道数16 k,频谱分辨率约为25 k Hz的数字终端,并进行了扫频测试。在设计中,模拟信号首先通过模拟数字转换器转换成数字信号,利用多相滤波器组算法实现多通道输出,并对每个通道内的数据进行取平方运算并累加得到功率谱。累加后的数据可通过10 GbE传输到其他设备存储或继续处理。该终端可在FAST河外中性氢频谱巡天观测中使用。     

超宽带超高分辨率太阳射电频谱仪的研发

为完成对太阳射电爆发15 MHz～15 GHz频谱的监测,云南天文台研发4套太阳射电频谱仪,频率覆盖范围依次为15～80 MHz, 100～750 MHz, 600～4 200 MHz和4～15 GHz,分别称为十米波、米波、分米波和厘米波太阳射电频谱仪。十米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为7.6 kHz和1 ms;米波段和分米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为9.5 kHz和10 ms;厘米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为76 kHz和10 ms。每套设备包括天线系统、接收机和数字频谱仪。为实现超高谱分辨率,需要的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)点数最高达到262 144,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)上,通过一个FFT IP核(Intellectual Property Core)不能实现如此高点数的快速傅里叶变换运算。对于大点数的快速傅里叶变换,需要对数据行列分解后做并行处理,从而将其转化为两个小点数的快速傅里叶变换。通过对并行算法的研究,...     

米波太阳射电频谱仪的科学目标和技术方案

介绍了70～700MHz低频太阳射电频谱仪的科学目标和技术方案,给出了11m 网状抛物面天线、接收系统、数字频谱终端的技术指标.并对系统的整机噪声系数、灵敏度、最小可测流量密度、LNA输入端的噪声功率进行了估计.系统频谱分辨率优于0.2MHz,时间分辨率最高可达2 ms.     

一种TeO_2声光偏转器在射电天文上的应用—使用报告

采用上海硅酸盐所研制的离轴型慢横波TeO_2声光偏转器,设计和制造了一台高分辨率声光射电频谱仪。主要用于南天暗星云中一氧化碳分子谱线的观测研究。其频谱分辨率达28kHz,对CO分子的115GHz谱线而言,相当于速度分辨率0.07kms~(-1)。将这台声光频谱仪与澳大利亚的4米直径毫米波射电望远镜结合使用,观测到一些暗星云中具有不同形状的CO分子谱线。谱线轮廓清晰,细节清楚。     

基于多相滤波器的宽带射电频谱仪设计

提出了一种基于多相滤波器的新型宽带射电频谱仪的设计方案。通过多相滤波器实现宽带射电信号的滤波,对滤波后的基带信号进行数字功率检波,再通过积分控制,最终得到射电信号的频谱强度。仿真分析表明,这一设计具有很好的效果,通过多相滤波器,使信号的速率大为降低,克服了传统频谱仪以及采用FFT实现频谱变换方法的缺点,可以实现对超宽带射电信号的实时频谱分析。     

太阳活动周期的小波分析

运用小波技术对太阳射电流量2800 MHz,太阳黑子数和太阳黑子面积数周期进行分析．其结果表明: (1)这3个系列的数据显示最显著的周期是10．69年,其他周期并不明显．(2)小波功率谱给出了全部时间-周期范围的功率谱变化,它显示了在某个周期处于某个时段的局部功率的变化,小波功率谱分析表明,小于1年的周期仅仅在太阳活动最大期附近比较明显．(3)太阳射电2800 MHz,太阳黑子数和太阳黑子面积数的几个周期(10．69年,5．11年, 155．5天)的小波功率谱比较相似,出现峰值的时间相同;曲线的起伏相似,周期越小,曲线起伏的频率越大．     

基于高性能芯片的射电天文厘米-分米波谱线观测方法

谱线观测在天文领域起着至关重要的作用,较高的频谱分辨率可以为研究天体细节带来便利,但在高频段谱线观测领域,使用传统的采样方法实现较高的谱线分辨率十分困难。目前,一种利用高性能芯片实现的用于射电天文厘米-分米波谱线观测领域的新方法克服了传统方法的诸多弊端,使用较低的采样带宽就可实现较高的频谱分辨率。这是一套完整的采集、处理、存储方案。首先将高频信号进行模拟下变频处理,再将处理过的低频信号交由上位机软件进行快速傅里叶变换、积分处理,最后保存成需要的文件格式。整个系统的采集参数由观测者通过上位机软件进行配置。     

云南天文台太阳射电频谱仪的网络系统

介绍云南天文台太阳射电米波 (2 30～ 30 0MHz)、分米波 (0 .7～0 .4GHz)频谱观测系统及 1 0m射电望远镜自动控制系统“星型拓扑”对等网的建立。通过该网络 ,不但实现了光盘刻录机、激光打印机等资源共享 ,而且还为解决由于太阳射电频谱高时间分辨率和高频率分辨率观测带来的大数据量处理和存储找到了解决途径     

集成声光频谱分析仪（IAOSA）应用于射电天文学的展望

本文首先概述了声光频谱仪在射电天文学上应用的历史和最新发展。进而介绍了集成声光频谱分析仪(IAOSA)的基本工作原理,并给出具有100MHz带宽,2MHz分辨率的IAOSA的设计方案。最后探讨了IAOSA在射电天文学上的应用前景,及利用紫台太阳射电望远镜进行IAOSA的可行性,数据压缩,弱信号检测、干扰信号的识别等多功能实验的具体设想。     

日冕加速区附近射电尖峰辐射的小尺度结构

太阳射电尖峰辐射(spike)的窄频带是一个具有特征性的参数,不但可从它计算出Spike辐射源区的小尺度结构,而且观测结果与Spike辐射理论可相互验证.我们利用云南天文台0.5 MHz频率分辨率的射电频谱观测资料,作出了230—300MHz频段上单个Spike带宽分布,并由此给出一群Spike源区的最可几尺度为151km,最大源区尺度为830km.     

基于小波变换的射频干扰消除方法的研究

在射电天文观测中,射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)会以多种形式混入望远镜接收系统,给观测带来误判或者降低观测信噪比.近年来国内国际射电天文快速发展,国内国际大型射电望远镜和阵列先后建设,观测灵敏度大为提高,射频干扰的影响尤为突出.随着科技发展和人类活动的加剧,射频干扰日益严重且不可逆转.提出利用2维离散小波变换的方法分析射电天文观测的数据,对望远镜系统输出的时间频率序列进行小波变换,根据小波系数分离出原始信号中各分量,每个分量统计得到相应的阈值,将各分量与阈值相比较识别干扰成分并标记去除.利用该方法对实际观测数据进行了处理,结果表明该方法能够很好地标记并消减干扰信号,且提高了观测的信噪比.     

德令哈毫米波望远镜本振谐波干扰问题

射电天文中,射频干扰问题多样而复杂,面对不同的射频干扰问题,针对不同的干扰机制,采取针对性的方法。从器件阶段消减射频干扰,可以预防射频干扰进入望远镜内部。介绍了德令哈毫米波望远镜9波束边带分离型超导接收机, 1个本振链路系统分配18路本振信号方案,针对本振链路中信号发生器的谐波信号引起的中频窄带干扰,设计了注入模拟谐波信号的测试方案,确认了干扰产生机制并得出谐波信号频率与干扰信号频率和功率的对应关系,分析并验证了谐波干扰的传输路径。为了消减谐波干扰,利用YIG滤波器可变频段的带通特性,在本振链路上滤除谐波信号,防止谐波信号耦合到接收机系统,完成了谐波干扰的消减。     

VLBI软件相关处理机脉冲星信号脉冲轮廓搜索算法

VLBI观测比单天线观测拥有更高的角分辨率,在脉冲星观测,尤其是成图和定位研究中有着重要的作用。相关处理机在进行脉冲星信号处理时,首先必须知道脉冲信号到达时刻、脉冲星相位及脉冲宽度等脉冲轮廓信息。研究了利用脉冲信号自功率谱来绘制脉冲星轮廓图的算法,此算法只需对单站信号进行频谱分析就可确定脉冲位置和宽度,然后在VLBI软件相关处理机中完成脉冲信号的相关计算。实际的VLBI数据相关处理结果表明,用上述方法可准确获得脉冲星的轮廓。     

射电天文自适应抗干扰算法研究

全球性卫星导航系统占用了L波段在1.1 GHz~1.6 GHz之间约150 M带宽,严重限制了射电天文在该频段的观测。将通信、雷达等领域的自适应滤波方法应用于消除"北斗二号"卫星信号给中性氢(HI)21 cm谱线观测带来的射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI)。为了提高最小均方误差(Least Mean Square,LMS)自适应算法的性能,在对一类传统变步长最小均方误差算法研究的基础上,提出了步长与误差信号之间的一种新的函数关系,进一步改善了自适应滤波算法的性能。在相同收敛速度或者相同稳态误差的前提下,改进后的算法具有更小的稳态误差或者更快的收敛速度。计算机仿真实验结果与理论分析一致,验证了改进后的变步长自适应滤波算法在射电天文射频干扰消除中的性能优于传统算法。     

宽带频谱序列干扰信号识别与统计方法

随着科学技术的不断进步,射电天文台站趋于自动化,各类电子设备的广泛使用使得射电天文台站的电磁环境变得尤为复杂,如何有效识别和统计复杂频谱中的干扰信号是当前射电天文台站亟需解决的问题,故提出一种宽带频谱序列干扰信号识别与统计方法.首先,对每组宽带频谱进行信噪分离、识别频谱中的干扰信号;然后,对第1组宽带频谱信号识别结果及信号特征建立模板库,后续每组频谱的信号识别结果与模板库中对应频率的信号进行相似性分析,根据相似性分析结果,统计信号次数,更新模板库;实现宽带频谱序列干扰信号的识别与统计.针对QTT (QiTai Radio Telescope)台站实测频谱,运用该方法进行干扰信号识别与统计,能够有效识别并标记频谱中的干扰信号,并统计干扰信号随时间、方向的变化趋势.     

一种新型射电天文频谱仪——声表面波频谱仪

本文简要介绍一种以傅里叶交换的线性调频Z变换(CZT)算法为工作原理,以声表面波(SAW)器件为支持性技术的新型射电频谱仪.给出它在紫金山天文台青海站13.7m射电天文望远镜13mm接收系统上对22GHz水分子脉泽源试观测的结果,实践表明它具有宽带、高频率分辨率、全固化、机械稳定性好、对工作环境要求不高、可靠性高等优点.在射电天文星际分子谱线观测技术中有一定实用价值.     

基于独立成分分析的射频干扰信号消除方法

射电天文已成为人类研究宇宙的重要途径。但随着人类生产、生活的发展,射频干扰信号对射电天文观测的影响越来越严重,观测数据的好坏关系到科学成果的质量甚至结论的真伪。目前广泛采用基于阈值判断射频干扰,对干扰信号直接舍弃部分观测数据的方法。此类方法存在阈值确定困难、观测带宽和时间被缩减等问题。针对脉冲星观测射电信号中,各干扰信号及射电信号统计独立以及呈现出的非高斯性,利用独立成分分析对混合信号进行分解,并根据观测信号中脉冲星信号和干扰信号的分布特点识别脉冲星信号,实现干扰信号消除。使用该方法对云南天文台40 m射电望远镜接收到的脉冲星观测信号进行独立成分分析,分解出独立的射频干扰信号和脉冲星信号,消除射频干扰信号。独立成分分析法在干扰信号消除、射电信号保留及信噪比方面均取得良好效果。