米波段高分辨率數(shù)字極化太陽(yáng)射電頻譜儀.pdf

1、太陽(yáng)射電爆發(fā)是一種常見的天文現(xiàn)象，是由太陽(yáng)部分區(qū)域發(fā)生劇烈活動(dòng)時(shí)引發(fā)的一種電磁波的變化，通常與太陽(yáng)內(nèi)部電子拋射有關(guān)。劇烈的太陽(yáng)射電爆發(fā)對(duì)地球有著嚴(yán)重的影響，包括改變大氣電離層狀態(tài)、影響導(dǎo)航系統(tǒng)的正常工作以及造成通訊設(shè)備紊亂等。通過(guò)研究太陽(yáng)射電爆發(fā)不但可以解釋相關(guān)等離子體變化的物理過(guò)程，更能夠?qū)ふ页瞿芰孔兓囊?guī)律并剖析質(zhì)運(yùn)動(dòng)等重要物理現(xiàn)象。因此，太陽(yáng)射電爆發(fā)精細(xì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間的有效觀測(cè)對(duì)研究的影響起到了至關(guān)重要的作用。太陽(yáng)射電頻譜儀是進(jìn)行太陽(yáng)

2、活動(dòng)空間觀測(cè)的重要科研儀器，能夠?yàn)樘?yáng)射電爆發(fā)的基礎(chǔ)研究提供寶貴的數(shù)據(jù)積累。當(dāng)前國(guó)際環(huán)境下，該用途的同類儀器較少，大多數(shù)為定制機(jī)型，不能通用，并結(jié)合空間研究的需要，開展太陽(yáng)射電頻譜儀的研發(fā)工作。
　　本文通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外射電監(jiān)測(cè)方法，確定設(shè)計(jì)方案，并逐步細(xì)致深化每個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，完成整體頻譜儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該方案總體設(shè)計(jì)采用當(dāng)代流行的數(shù)字結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合項(xiàng)目組成型的6米拋物面天線性質(zhì)，利用數(shù)字邏輯運(yùn)算的高速、快捷、模塊化和易操作性展開工

3、作。本文分別設(shè)計(jì)了前端模擬信號(hào)處理部分、數(shù)字信號(hào)采集部分以及軟件控制處理部分，在設(shè)計(jì)的同時(shí)分別對(duì)每個(gè)部分的可行性進(jìn)行分析，保證設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)。
　　模擬信號(hào)處理部分主要起到對(duì)天線采集信號(hào)的預(yù)處理功能，是信號(hào)輸入系統(tǒng)后所需經(jīng)歷的第一道關(guān)卡。該部分包含信號(hào)放大模塊、控制通訊模塊及電源模塊。信號(hào)放大模塊控制每路信號(hào)的放大，將輸入的微小信號(hào)轉(zhuǎn)化為后端采集卡可接受的較大信號(hào)，目的在于完成后續(xù)系統(tǒng)采樣;控制通訊模塊包括單片機(jī)和RS485通訊設(shè)計(jì)，

4、旨在完成輸入信號(hào)的通道選擇可控，通過(guò)PC機(jī)對(duì)模擬信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，方便科研人員調(diào)節(jié)信號(hào)通路;電源模塊提供不同的輸出電壓，滿足模擬信號(hào)處理部分各器件的電源供應(yīng)。
　　數(shù)字信號(hào)采集部分是為了將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為后端可處理的數(shù)字信號(hào)。采用FPGA作為總控制芯片對(duì)ADC采集及PCI-E數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制，達(dá)到高速有效的數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn);在完成采集與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，加入FFT運(yùn)算與極化合成算法，在底層完成數(shù)據(jù)時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)變和優(yōu)化，完成數(shù)

5、字信號(hào)處理流程。
　　軟件控制處理部分包括底層板卡控制功能、數(shù)據(jù)接收與保存功能和數(shù)據(jù)分析功能。采用MFC設(shè)計(jì)的軟件界面結(jié)合底層驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)完成對(duì)板卡的參數(shù)下發(fā)與采集控制，并將傳輸至PC機(jī)的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式保存。利用LabVIEW軟件和MFC界面結(jié)合繪制強(qiáng)度圖和頻譜圖，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以提供天文觀測(cè)人員查看數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究。
　　本文最后對(duì)所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)射電頻譜儀分別在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下與實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題分析歸