基于FPGA的高速FIR数字滤波器设计的改进方法

在高速有限冲击响应(Finite Impulse Response,FIR)数字滤波器的设计中,随着滤波器阶数的增加,保持数据流速率和有效使用硬件资源成为设计的一个重点和难点。基于高速并行有限冲击响应数字滤波器的基本原理,提出了一种将位平面法、正则有符号系数(Canonical-Signed Digit,CSD)编码算法和抽取算法应用于并行有限冲击响应数字滤波器的改进方法。设计通过Matlab仿真,在Quartus II中编译、仿真、综合后下载到现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中进行测试,结果显示,这种改进方法较好地解决了滤波器阶数和数据流速率与硬件资源之间的关系。     

时差自动测量比对系统

一九七八年初,我台建成了一个简单、可靠、高精度的时差自动测量比对系统。此系统由程序接触器、自制的时刻比对自动转换器、时间间隔计数器和数字打印机组成。作为原子时的数据收集系统,到目前为止,经过两年多的使用,证明该系统稳定可靠,效果良好。     

嵌入式千兆以太网传输系统在VLBI硬件相关处理机中的应用

甚长基线干涉测量（VLBI）是重要的射电天文技术，具有极高的空间分辨率，是国际上广泛采用的深空探测器高精度测量手段。硬件相关处理机则是VLBI数据预处理的核心设备。随着以FPGA（Field Programmable Gate Array）为实现平台的嵌入式系统的不断发展，用FPGA和嵌入式系统作为实现方式成为硬件相关处理机研究的一个方向。研究了如何利用嵌入式千兆以太网传输系统对硬件相关处理机的长期累加子系统（LTA）进行改进。     

一种IIR滤波器的FPGA设计与仿真

在分析IIR滤波器结构的基础上,借助Mat lab完成一种基于FPGA的级联型IIR滤波器的设计与实现,同时设计并生成向量文件(.vec文件),在QuartusⅡ中完成向量文件的仿真。仿真结果表明文中设计的IIR滤波器能够高效完成滤波功能,同时通过向量文件的激励引入能够增强FPGA的仿真能力。     

应用于射电天文的高效实时管道数据流传输与处理技术

针对超宽带及多波束接收系统海量天文信号实时高效传输与处理问题,对基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)+图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)的主流终端设备软件系统进行了测试分析。超宽带接收设备要求终端系统软件能够在更宽带宽、更高时间分辨率和频率分辨率的条件下,实现数据流实时传输与处理。结合大口径射电观测设备未来发展的方向,提出了利用高速并行环形缓冲区实现数据流缓存,基于图形处理器集群实现数据流实时处理,基于BeeGFS实现分布式并行数据存储,模块化构建射电天文信号传输管道软件的设计思路。     

微波全息测量中相关机的实现

论述了微波全息测量中相关机的理论和基于FPGA的实现以及全息测量的基本方法,重点讨论了在FPGA上实现整个系统的关键和难点部分.整个设计在保证功能实现的基础上,把节约FPGA资源放在相当重要的位置来考虑,这些技术对基于FPGA的DSP系统设计有很好的借鉴意义.最后对相关机的输出数据进行了定性分析,说明了相关机工作的正确性与可靠性.本设计已在上海余山站正式用作全息测量.     

基于CPLD的高精度可调脉冲信号发生器研制

为满足精密时间间隔测量设备的测试需要,研制了一种时间间隔可调的高精度脉冲信号发生器。利用计算机串口控制的方式,结合复杂可编程逻辑器件（CPLD）集成度高、可靠性好及工作速度快的优点,采用A1tera公司的设计软件QuartusII进行设计仿真及实现。仿真与实测实验表明,该脉冲信号发生器不仅可以产生单路可调脉冲信号,而且能产生多路可调脉冲信号,产生的单路秒脉冲信号的1s取样Allan方差为1．84×10^-11;产生的时间间隔为100ns的多路脉冲信号的1s取样Allan方差为2．36×10^-11,2路信号之间的时间间隔数据系列的峰一峰值为101ps,可以满足多通道时间间隔测量设备测试要求的稳定度与准确度。     

基于声表面波技术的高精度时间间隔测量方法系统误差研究

提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,单次测量可以达到亚皮秒(rms1 ps)量级测量精度。简单介绍了这种基于声表面波技术的高精度时间间隔测量方法原理与系统组成,阐述了影响系统测量精度的主要因素,分为系统误差和随机误差。针对系统误差进行详细分析,给出其对测量精度的影响范围。通过理论分析,得到决定系统误差大小的重要参数,从而合理设计参数来降低系统误差对测量精度的影响。     

VLBI数字基带转换器测试进展

叙述了中国科学院上海天文台正在研发的VLBI数字基带转换器的最新测试进展。首先介绍了VLBI数字基带转换器的项目背景。接着介绍了VLBI数字基带转换器的设计指标和系统组成。然后介绍了利用VLBI长基线方法测试分析VLBI数字基带转换器性能的具体过程,并且通过在VLBI观测中与传统模拟VLBI基带转换器进行了性能对比,得出结论:目前VLBI数字基带转换器在以射电源为信号源的VLBI观测中,射电源流量高时条纹信噪比优于模拟VLBI基带转换器,射电源流量低时条纹信噪比与模拟VLBI基带转换器相当,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。     

一种双向测距与时间同步系统的设计与分析

在研究双向单程伪距测量原理的基础上,设计了双向测距与时间同步（DRTS）终端系统总体构架,阐述了在系统中使用的技术,并搭建了基于DSP＋FPGA的双向测距与时间同步系统软硬件平台。实验结果表明,此系统的码速率为5MHz、中心频率为15MI-Iz时,测距和时间同步的分辨率可达0．15cm和5ps（@1S）,采用不同频率源时测距和时间同步的精度分别为1．038m和3．46ns,采用相同频率源时分别为0．28cm和9．43ps（参考频率稳定度1×10^-10／d量级）。与国外同类产品相比具有测量精度优势,但考虑通用性,此系统的硬件仍需进一步优化,软件上需要做到码速率可调。     

基于单片机和GPS信号的校频系统

介绍一种基于INTEL 80C196KC单片机的校频系统,包括系统的设计原理、硬件组成和软件实现。该系统通过利用GPS接收机得到的1PPS秒脉冲信号,实现对晶体振荡器频率的校准,从而获得一个短期及长期稳定度都比较优良的时间频率标准。该系统采用了量化时延原理进行短时间间隔比对,对测量数据进行卡尔曼滤波处理。     

基于ARM＋FPGA的IRIG-B码产生器的研制

本设计中采用ARM芯片作为主控芯片,FPGA芯片作为主功能芯片,使用C和Verilog语言编程。通过软件控制生成IRIG-B（DC）码信号,由分频1PPS信号和外部标准1PPS信号锁相同步保证时标信号的同步,在产生DC码后采用基于FPGA内部ROM数字查找表技术实现AC码的数字调制。整体方案设计简单,应用方便。     

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。     

针对暗目标的帧转移面阵CCD成像系统设计

为了实现在深空探测中对暗弱天体目标的低噪声观测要求,提出了一种稳定简单的空间相机成像系统的设计方法.基于英国E2V公司的背照式帧转移面阵CCD(CCD47-20AIMO),给出了系统各组成部分的电路设计原理.其中相关双采样型模拟-数字转换器(AD)和动态存储器(SDRAM)的运用可以有效抑制图像信号中的相关噪声.此外,还提出了便于调整曝光时间的驱动控制方法,将感光阶段的曝光时间独立出一个可调延时,使成像系统更适于长曝光时间的调整要求.成像系统采用Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C25Q240C8型现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器件,驱动的编写按照各器件功能进行模块化设计,具有很强的可移植性.对成像系统的各时序端进行的仿真和实测结果表明驱动电路工作正常,系统设计符合预期要求.     

基于DSP与FPGA的被动型氢钟数字伺服系统的研究

基于DSP和FPGA的特点,设计了被动型氢钟数字化伺服系统,实现了对误差信号的处理。采用先进的DSP和FPGA芯片,提出了新的解决方案,整个系统由FPGA控制DSP工作并实现最后的信号输出,文中对其硬件结构和软件流程进行了阐述。     

嵌入式时间间隔计数器的研制

介绍了一种新研制的嵌入式时间间隔计数器，它可作为一种功能模块用于用户的设备或时统中，实现高精度时间测量。从基本原理、硬、软件和功能等不同角度对计数器进行了较为详细的讨论。在该计数器的研制过程中还开发了用来调试计数器和供计数器用户使用的计算机应用软件，对此也作了简要介绍。最后，给出了计数器的设计指标和一些实测数据。     

高精度时间间隔测量技术与方法

时间间隔测量技术,尤其是高精度的时间间隔测量技术意义重大。不论是电信通讯、芯片设计等工程实践,还是原子物理、天文观测实验等理论研究,以及激光测距、卫星定位等航天军事技术,都离不开高精度的时间间隔测量技术。经过几十年的研究,目前已经有多种测量方法。在阐明插值原理之后,依次介绍了直接计数法、扩展法、时间幅度转换法、游标法、抽头延迟线法和差分延迟线法等主要方法。然后对影响测量的几个因素,包括非线性和不定态作了讨论。针对这些不良影响,还探讨了一些提高精度和稳定度的方法,比如非线性校正、PLL(Phase Lock Loop)和DLL (Delay Lock Loop)技术。最后,对时间间隔测量技术的前景作了展望。     

用GPS秒信号锁定高频振荡器的方法研究

对用远距离传输的GPS秒信号锁定本地高频晶体振荡器的方法进行了探讨。介绍了高精度的时间数字转换器TDC(Time to Digital Converter)和对滤波的方法进行了探讨。为了降低成本又能够满足设计要求的精度，还考虑了双D／A转换的方法。有关的硬件系统已经通过了调试和一系列的测试和实验，在测量和控制精度方面，能达到设计的要求。此外，提出了这个系统有待解决的问题，如双D／A转换的非线性问题，Kalman滤波抗野值及继续提高精度的问题。     

高精度数字分频钟设计实现

主要介绍上海天文台利用FPGA技术研制高精度数字分频钟的设计工作。采用FPGA技术实现了诸如数码管的控制、按键的处理、高精度秒信号的产生以及与外秒间同步等设计所需功能。设计电路大大简化,使得功能更加可靠,性能更加稳定。     

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。