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。     

比值校正法在射电频谱中的应用

分子谱线可以在射电频谱上显现,但是采用离散数字功率谱分析算法会引入离散误差,难以获得分子谱线准确的频谱信息。针对射电频谱上离散数字功率谱分析带来的频率偏移问题进行比值校正法研究,该方法是频谱校正方法的一种,特点在于算法简单,方便快捷。利用射频信号相同、分辨率不同和射频信号不同、分辨率不同情况下,归一化频率偏移量的变化确定该方法的校正效果,最终实现了射频为80.0 MHz,141.8 MHz和270.8 MHz的频谱校正,将相应的频谱分辨率提高到7.5 Hz/channel。通过实验结果对比,确定了测试系统的最佳频率分辨率为50 Hz/Channel或200 Hz/channel。     

基于IBOB的射电望远镜宽带数字频谱仪系统的设计与测试

简述了基于IBOB和Xilinx System Generator平台的射电望远镜宽带数字频谱仪系统的设计与应用;给出了双路400MHz、2048通道、16IP输出数字频谱仪系统的具体设计方案,并对该数字频谱仪器的性能指标进行了分析和测试,验证了方案的可行性;最后初步讨论了滤波器设备对后端系统的影响。     

声光频谱仪频率校准的研究

在声光频谱仪的中频输入端输入一个梳状讯号，分析输出的频谱，可以测定声光频谱仪的谱分辨率、频谱漂移等重要工作参数．这是进行谱线天文观测前必做的准备工作．我们对紫金山天文台用于13mm星际水脉泽观测的高频率分辨率的AOS－Ⅰ进行了仔细的频谱工作性能测定，结果发现它有良好的性能：平均通道间隔12.10±0.02kHz，平均谱分辨率221±1．8kHz，谱分辨率随时间变化1．0kHz／天，通带内谱分辨率起伏上1．0kHz，总工作带宽12．39MHz．     

TM65m望远镜谱线观测系统的频率校准

频率校准是进行谱线天文观测前必做的准备工作,对上海天文台TM65m射电望远镜的谱线终端DIBAS(Digital Backend System)进行了频率校准及测试工作,发现它有良好的性能.首先,进行了PCAL信号注入测试,对DIBAS终端的频率分辨率、频率漂移、谱之间间隔的稳定性进行了测试.1 h内,单个尖峰频率漂移的最大变化幅度为0.03通道,尖峰之间间隔的最大起伏为0.05通道.然后,通过对大质量恒星形成区的H_2CO脉泽与吸收线的观测,以及与GBT(Robert C.Byrd Green Bank Telescope)观测结果的比较,发现频率校准的结果是正确的.最后,对W3(OH)进行了1个多小时的羟基脉泽观测和5个多小时的甲醇脉泽观测,发现谱线的谱型保持一致,观测噪声与理论噪声一致,说明频率校准程序是稳定可靠的.     

实时相关跟踪图像处理系统

文章介绍了怀柔太阳观测基地最近完成的一套实时高分辨太阳磁场观测系统。系统采用局部相关跟踪算法来提高磁场观测数据的空间分辨率，同时对相关跟踪算法的实现程序进行了优化以满足常规太阳磁场观测的要求。通过对试观测和常规观测数据的分析，我们发现：1）该系统能够大大提高单色像、磁场数据的对比度和空间分辨率；2）对相关跟踪算法的优化大大提高了系统的时间分辨率，系统可以投入常规观测使用。     

NVST多通道高分辨观测系统软件设计

1 m太阳望远镜多通道高分辨成像系统是望远镜的重要终端设备之一,目前由Hα通道(线心656.283 nm)和Ti O通道(705.8 nm)构成。主要介绍了多通道高分辨观测系统软件的设计。观测系统在功能上主要实现了Hα通道多波长点扫描观测模式,Ti O通道多时间分辨率观测模式,以及为满足多通道发展的需求,如常规观测通道的增加以及探测器的更换等,在系统架构上采用了松耦合的分布式分层结构。     

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。     

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,...     

四通道可拓展射电数字接收机系统

针对目前射电观测设备对数字接收机高采样率、宽带宽、多通道幅相一致,以及高速率直接采样和时域数据存储的需求,通过调研分析多个射电观测设备的数字处理系统的技术架构和功能,提出了基于ZYNQ SOC和ADS54J60等核心器件实现的4通道数字接收机系统方案。单通道最高可实现1 GSPS采样率,具有灵活可拓展的优势,可以通过添加板卡实现采样通道数的增加,能够满足未来大规模可拓展射电干涉阵列的需求。系统由高速数据采集卡、光通信接收卡、服务器3部分设备组成,基于SerDes的高速串行接口技术目前实现16位量化精度、300 MSPS的直接采样功能,具备60 dB满量程信噪比、40 Gbps的SFP+数据传输带宽、1.5 GB/s的PCIe通信带宽,可对4.5～150 MHz范围内中频模拟信号进行采集,目前该系统已经完成软硬件设计和测试。在测试中对频率为10 MHz、幅度为125 mV的正弦波信号进行采样,得到4通道间幅度差小于1 mV,相位延时小于3.3 ns。系统集成可编程SFP+通信接口和多机同步机制,可适应多元阵列同步采集的需要,可同时对原始射电信号的数据进行存储,为射电研究提供更详细的时域数...     

天马望远镜谱线OTF观测系统

OTF(On-The-Fly)观测模式是目前单天线最有效的谱线成图观测技术,广泛应用于单天线的谱线成图观测。主要介绍OTF观测模式在天马望远镜的实现情况。首先介绍天马望远镜OTF观测模式的观测过程和基本观测参数;接着分别对天马望远镜OTF观测系统的结构、观测控制软件、DIBAS(Digital Backend System)谱线终端、中频传输系统以及数据预处理软件进行介绍;最后给出对W3区域中的6条氢复合线的试观测结果。目前,天马望远镜的OTF观测系统已完成多次对外开放的谱线成图观测,均取得较好的观测结果,验证了该系统的有效性。     

13mm低温制冷谱线接收系统和星际水分子观测研究

为了开拓短厘米波单天线星际分子的观测和研究,在乌鲁木齐天文站２５ｍ射电望远镜１３ｍｍ低温制冷接收机的基础上,配置了声表面波频谱仪和谱线数据采集系统,组成了１３ｍｍ低温致冷谱线接收机．接收机前端是一个工作在低温２０Ｋ的低噪声放大器,本振是２２ＧＨｚ的锁相源．接收机的平均噪声温度为５０Ｋ．后端是一个宽带的（４０ＭＨｚ）高分辨率（４０ｋＨｚ）的声表波频谱仪．利用这套系统观测了一批已知的水脉泽源,观测系统正常,结果合理．观测结果表明,乌鲁木齐天文站良好的站址和２５ｍ射电望远镜给厘米波段星际分子谱线观测提供了一个很好的条件．     

用于分子谱线观测的512路数字式自相关频谱仪

本文简要介绍了采用一比特自相关技术实现的５１２路数字式自相关频谱仪的工作原理及系统的硬件和软件构成。该频谱仪主要用于分米及ｃｍ波段分子谱线观测。频谱仪系统时钟可在６２５ＫＨｚ和２０ＭＨｚ之间按２的倍率选择，最大分析带宽为１０ＭＨｚ。最高频率分辨率为０．６１ＫＨｚ，相应于１８ｃｍ波段的速度分辨率为０．１ｋｍ／ｓ。文章最后给出了利用上海天文台２５ｍ射电望远镜观测ＯＨ脉泽源的结果。     

被动型氢钟波谱信号观测装置的设计

简单介绍了被动型氢钟的量子系统,阐述了波谱信号观测装置的设计。该装置采用标准10MHz晶振产生被动型氢钟的微波激射信号(1.420406GHz),然后将该信号输入氢钟的脉泽振荡器中。脉泽振荡器输出的信号经过低噪声放大、两次混频及滤波后所得的谱线包含了量子系统的信息,通过分析最终的谱线即可得知量子系统的优劣。该装置已用于对两台被动型氢钟的测试,并根据测试结果对量子系统进行了改进。     

紫金山天文台13.7米射电望远镜22GHz太阳高时间分辨率观测系统

在紫金山天文台１３．７米望远镜２２ＧＨｚ系统的基础上，建立了２２ＧＨｚ太阳高时间分辨率的观测系统。本文介绍了在原系统基础上改造的波束／负载调制器和双温定标系统，以及为实现高时间分辨率而专门研制的ＱＪ－２ＡＧ高速后端和独立的微机数据采集系统。投入使用的２２ＧＨｚ太阳高时间分辨率观测系统在时间分辨率为１０ｍｓ时，灵敏度为０．０２ｓｆｕ，系统增益稳定性在全功率方式下为０．８％／３０分钟，数据丢失率小于１     

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     

ON2中区OH1665 MHz右旋偏振饱和脉泽的新观测

利用法国巴黎－－默东天文台的南锡射电望远镜对ON2中区OH1665 MHz右旋偏振饱和脉泽进行观测,发现了新的成分,并且结合模型对中区的OH1665 MHz右旋偏振饱和脉泽谱线频谱进行了分析和研究。     

相干消色散脉冲星观测系统的研究

云南天文台射电天文研究团组利用从美国伯克利大学CASPER天文信号与电子学研究中心购买的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)接收机平台ROACH2,实现了512 MHz输入带宽,512 MHz带宽分为128通道输出(每个通道4 M带宽),8比特采样和双极化输入(1 024 MHz)的基带数据采集终端。海量数据传输方式通过SFP+万兆网口实现,利用编写的脚本文件调用DSPSR程序包实现数据的解码、相干消色散、偏振计算和折叠等处理。数据处理结果以PSRFITS格式存储。构建以ROACH2为基带数据采集终端和DSPSR为数据处理核心的脉冲星观测系统,相比于以VLBI观测终端为基础构建的观测系统,在观测模式、数据处理方法、运算效率和观测数据的通用性等方面具有更好的优越性。     

哈雷彗星的羟基射电谱线观测

本文主要论述用25米射电望远镜和自相关频谱仪于1986年4月13—17日(UT)期间在我国陕西眉县首次对哈雷彗星羟基分子1667 MHz射电话线的观测及归算结果。由谱线轮廓的幅度、宽度、形状和面积相继导出的谱线强度为-2.4Jy,膨胀速度为0.92kms~(-1),速度的一级矩为0.20kms~(-1),以及羟基的母分子产生率为1.7×10~(29)mols~(-1)。文中所给出的宇宙羟基源W3和W12的观测结果,分别用来检验设备系统探测射电谱线的功能及对哈雷彗星的羟基谱线进行强度定标。这些结果均同理论预期或以往的有关观测相符合。     

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。