米波段高分辨率數(shù)字極化太陽射電頻譜儀.pdf

1、太陽射電爆發(fā)是一種常見的天文現(xiàn)象，是由太陽部分區(qū)域發(fā)生劇烈活動時引發(fā)的一種電磁波的變化，通常與太陽內(nèi)部電子拋射有關(guān)。劇烈的太陽射電爆發(fā)對地球有著嚴(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。通過研究太陽射電爆發(fā)不但可以解釋相關(guān)等離子體變化的物理過程，更能夠?qū)ふ页瞿芰孔兓囊?guī)律并剖析質(zhì)運(yùn)動等重要物理現(xiàn)象。因此，太陽射電爆發(fā)精細(xì)結(jié)構(gòu)長時間的有效觀測對研究的影響起到了至關(guān)重要的作用。太陽射電頻譜儀是進(jìn)行太陽

2、活動空間觀測的重要科研儀器，能夠為太陽射電爆發(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，開展太陽射電頻譜儀的研發(fā)工作。
　　本文通過研究國內(nèi)外射電監(jiān)測方法，確定設(shè)計方案，并逐步細(xì)致深化每個部分的結(jié)構(gòu)，完成整體頻譜儀的設(shè)計與實現(xiàn)。該方案總體設(shè)計采用當(dāng)代流行的數(shù)字結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合項目組成型的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)計了前端模擬信號處理部分、數(shù)字信號采集部分以及軟件控制處理部分，在設(shè)計的同時分別對每個部分的可行性進(jìn)行分析，保證設(shè)計可實現(xiàn)。
　　模擬信號處理部分主要起到對天線采集信號的預(yù)處理功能，是信號輸入系統(tǒng)后所需經(jīng)歷的第一道關(guān)卡。該部分包含信號放大模塊、控制通訊模塊及電源模塊。信號放大模塊控制每路信號的放大，將輸入的微小信號轉(zhuǎn)化為后端采集卡可接受的較大信號，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，

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

5、字信號處理流程。
　　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)計的軟件界面結(jié)合底層驅(qū)動接口函數(shù)完成對板卡的參數(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，以提供天文觀測人員查看數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究。
　　本文最后對所設(shè)計的太陽射電頻譜儀分別在實驗環(huán)境下與實際環(huán)境中進(jìn)行實驗，對實驗過程中出現(xiàn)的問題分析歸