[發明專利]射電天文望遠鏡高速數據采集系統

在審

• 申請號: 201610068255.0
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105577197A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 俞欣穎;張夏;張馨心;段然;李菂
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: H04B1/00
• 分類號: H04B1/00;H04B1/04;H04B1/10;H04B1/18
• 代理公司: 北京云科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11483
• 代理人: 張飆

技術領域

本發明涉及一種射電天文望遠鏡高速數據采集系統。

背景技術

射電天文是發現脈沖星獲得諾貝爾獎的重要窗口，而射電望遠鏡是獲得射電天文數據的直接途徑，因此射電天文望遠鏡的高性能對脈沖星的搜索和譜線分子的研究具有至關重要的意義。在我國貴州省內，世界最大單口徑射電望遠鏡FAST（FivehundredmetersApertureSphericalRadioTelescope，簡稱FAST）正在緊張建設中，當FAST建成之后，其第一次全面的中性氫和脈沖星巡天所產生的數據速率達MB/s，數據量高達PB級。因此，搭建一個高速的天文數據采集平臺是必不可少的需求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種效率高、高速運行的射電天文望遠鏡高速數據采集系統。

為實現上述目的，本發明射電天文望遠鏡高速數據采集系統，包括：

模擬前端單元，接收望遠鏡收集的微弱有效信號，并將其轉換成高性噪比的中頻信號；

模數A/D轉換單元，接收上述中頻信號，并將中頻模擬信號轉換為數字信號；

FPGA控制處理單元，將上述數字信號進行預處理，形成經過數字功率檢波的頻域信號；

數據傳輸單元，將最終的數據高速輸出至外部服務器上。

進一步，所述模擬前端單元包括放大器、濾波器、衰減器和混頻器，所述有效信號通過放大器將模擬信號放大足夠的倍數，再通過濾波器和衰減器減掉明顯的噪音成分，最后通過混頻器將信號頻率轉換成高性噪比的所述中頻信號。

進一步，所述模數A/D轉換單元將所述中頻信號進行采樣處理、量化處理和編碼處理，轉化為所述數字信號。

進一步，所述采樣處理采用模擬輸入信號采樣率為3.2GHz的交織采樣模式。

進一步，所述FPGA控制處理單元包括多相濾波模塊、傅里葉轉換模塊、數字功率檢波模塊和輸出緩存模塊。

進一步，通過所述多相濾波模塊進行多通道信號的并行濾波，所述多相濾波模塊與傅里葉轉換模塊的通道數一致，設置為4096個，taps為4。

進一步，所述多相濾波模塊的輸出位寬為16位，所述傅里葉轉換模塊的輸出位寬為22位。

進一步，所述輸出緩存模塊包括2個緩沖區：Ping-RAM、Pong-RAM，待存儲數據先送到Ping-RAM中，存滿后發出存滿信號，通知以太網將存滿的數據傳輸出去；同時待存儲的數據存儲到Pong-RAM中，直到其發出存滿信號，通知以太網取走數據，待存儲數據又重新存儲到Ping-RAM中去，循環往復交替存儲。

進一步，所述數據傳輸單元包括以太網傳輸模塊，該以太網傳輸模塊由Ping-PongRAM，GTX高速串行收發器，輸出控制單元，PHY收發器以及SFP+光模塊組成。

本發明搭建了一個高速的天文數據采集平臺，可滿足射電天文數據高速、高質量、穩定可靠的采集需求。

附圖說明

圖1為本發明系統結構示意圖；

圖2為模數A/D轉換單元內部工作原理示意圖；

圖3為FPGA控制處理單元流程示意圖；

圖4為數據傳輸單元的組成原理示意圖。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本發明進行更全面的說明，附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發明全面和完整，并將本發明的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。

射電天文望遠鏡主要由天線和接收系統組成，接收系統包括模擬前端和數字后端，本系統屬于數字后端中的重要組成部分。

如圖1所示，本發明射電天文望遠鏡高速數據采集系統，結合了高性能的模數轉換模塊與高速以太網傳輸模塊，實現了望遠鏡的數據高速采集與傳輸要求，并且采用了最新的天文專用FPGA處理板，實時對數據做頻譜處理，本系統包括：

模擬前端單元1，接收望遠鏡收集的微弱有效信號，并將其轉換成高性噪比的中頻信號；

模數A/D轉換單元2，接收上述中頻信號，并將中頻模擬信號轉換為數字信號；

FPGA控制處理單元3，將上述數字信號進行預處理，形成經過數字功率檢波的頻域信號；

數據傳輸單元4，將最終的數據以10G以太網高速輸出至外部服務器上。