太陽射電接收機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、太陽爆發(fā)時，可引起射電輻射能量強(qiáng)度劇增，稱之為太陽射電暴。強(qiáng)烈的太陽射電暴會影響大氣電離層狀態(tài)、通訊和導(dǎo)航等。研究太陽射電暴不但可以理解、診斷相關(guān)等離子體物理過程，而且可以了解爆發(fā)過程中的能量釋放與轉(zhuǎn)變機(jī)制、質(zhì)運(yùn)動等重要內(nèi)容。因此，對射電暴及其精細(xì)結(jié)構(gòu)的有效觀測及長時間監(jiān)測具有非常重要的科學(xué)研究價值，并且有助于更好地開展空間天氣業(yè)務(wù)。太陽射電接收機(jī)是接收并研究太陽射電暴信息的重要工具，可以為射電基礎(chǔ)研究提供數(shù)據(jù)積累和監(jiān)測。國內(nèi)外專門用于

2、太陽射電觀測需求的接收機(jī)比較少，同時結(jié)合項目組的實際觀測需求，故開展太陽射電接收機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)課題。
　　本文通過大量的文獻(xiàn)以及現(xiàn)有觀測臺站頻譜儀的研究，結(jié)合目前先進(jìn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品，采用了高速數(shù)據(jù)采集卡+高性能計算機(jī)的方案。該方案是全數(shù)字設(shè)計，具有體積小、集成度高、可編程等特點。本文設(shè)計的太陽射電接收機(jī)系統(tǒng)主要是由高速數(shù)據(jù)采集卡、高性能計算機(jī)和高性能GPS同步時鐘三部分構(gòu)成。高速數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集樣點并做預(yù)處理，然后將其通過PCIe

3、上傳到計算機(jī)。高性能計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及頻譜分析，然后以頻譜圖、強(qiáng)度圖等多種形式顯示。高性能GPS同步時鐘與FPGA內(nèi)部設(shè)計的相對時間戳配合使用，以記錄數(shù)據(jù)包的絕對時間，便于后續(xù)研究人員查看數(shù)據(jù)并研究。
　　本文根據(jù)項目組對150M-480MHz段太陽射電精細(xì)結(jié)構(gòu)研究的需求，設(shè)計了太陽射電接收機(jī)。本文完成的主要工作包括:在FPGA內(nèi)設(shè)計和實現(xiàn)了“功率閾值判別上傳”功能，當(dāng)功率和大于閾值即發(fā)生爆發(fā)時，數(shù)據(jù)每隔Tms上傳一次。當(dāng)功率

4、和小于等于閾值即未發(fā)生爆發(fā)時，數(shù)據(jù)每隔Tmin上傳一次。同時，設(shè)計了相對時間戳，配合GPS同步時鐘使用，可以得到絕對時間戳，來記錄數(shù)據(jù)的時間。同時，在廠商PCIe-DMA的基礎(chǔ)上，設(shè)計了鏈表式PCIe-DMA的上行方式，節(jié)省了部分配置時間，使PCIe-DMA的速度得到了進(jìn)一步的提升;設(shè)計并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收及保存程序和頻譜分析程序。在VS2012平臺下編寫了數(shù)據(jù)接收和保存程序，完成了觀測數(shù)據(jù)接收與保存。利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和可