[發明專利]射電天文陣列的高可擴展性分布式DBF處理系統及方法

有效

• 申請號: 201610018738.X
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105652326B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 宮新保;羅笑雨;黃森洪;楊高雄;秦冕
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種射電天文陣列的高可擴展性分布式DBF處理系統及方法，實現了對通道采集、數據傳輸和DBF信號處理的完全解耦。在采集端，利用數字信道化處理、將寬帶信號劃分為多個窄帶子信道；并對子信道進行靈活的分組合并，劃分成若干子頻段進行傳輸。在處理端，對接收到的多通道子頻段信號進行窄帶多波束DBF處理，最終獲得窄帶形式的多波束處理結果。本發明中的DBF處理架構采用分布式的系統設計，突破了集中式的系統架構中處理能力和傳輸帶寬的限制，支持寬帶、多通道、多波束的系統實現，而且具有配置靈活、高可擴展性的特點，非常適合大規模射電天文望遠鏡陣列使用。

技術領域

本發明涉及數字信號處理領域，具體地，涉及一種射電天文陣列的高可擴展性分布式DBF處理系統及方法。

背景技術

射電天文學的觀測對象為廣闊宇宙中天體輻射的微弱電磁波信號，因此射電天文觀測需要不斷提升觀測分辨率和觀測靈敏度，這就需要增加射電天文陣列的天線口徑；同時為了提高觀測范圍和巡天速度，需要增加射電天文陣列形成波束的個數。因此，射電天文陣列在向著大規模、長距離、分布式、多波束的方向發展；隨著陣列規模和波束數目的提升，也對射電天文陣列的信號處理能力提出了更高的要求。

數字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)技術是陣列信號處理的一個重要研究方向，在無線通信、雷達、射電天文等方面都有廣泛的應用。與傳統的模擬波束形成相比，數字波束形成具有更靈活的波束控制、較高的信號增益、較強的干擾抑制能力以及較高的空間分辨率等優點。

經過對現有技術文獻的檢索發現，Marco de Vos等在“Proceedings of theIEEE”(2009，1431-1437)上發表的“The LOFAR Telescope:System Architecture andSignal Processing”，提出了采用基于數字信道化的寬帶多波束DBF處理方法。在該方法中，首先對各個陣元采集的寬帶信號進行數字信道化處理，得到若干窄帶信號；然后針對從各個陣元獲得的窄帶信號、進行窄帶波束形成。這種方法同時實現了射電天文信號處理中的DBF和頻譜分析運算，降低了整個信號處理的運算復雜度。但是文中提出的方案采用了集中式的采集和處理架構，將采集通道和對應的DBF處理單元集成在一起，并采用級聯的方式實現多個通道的DBF處理；這種集中式的架構受到采集和處理單元的處理能力和傳輸帶寬的限制，很難對波束形成數量等系統關鍵性指標進行拓展。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種射電天文陣列的高可擴展性分布式DBF處理系統及方法。

根據本發明提供的射電天文陣列的高可擴展性分布式DBF處理系統，其特征在于，包括：N個采集分機和M個處理分機，其中N、M為大于零的自然數；

所述采集分機，用于采集P個天線通道的數據，并將每個天線通道采集的數據劃分為M個窄帶子頻段數據后傳輸至對應的M個處理分機，其中P為大于零的自然數；

所述處理分機，用于接收各個采集分機相同頻段的窄帶子頻段數據，處理后得到Q個獨立的窄帶波束，其中Q為大于零的自然數。

優選地，所述采集分機包括：多通道采集模塊、數字信道化模塊、多光口發送模塊；其中，

所述多通道采集模塊，用于對P個天線通道的射頻信號進行采集，得到采集數據；

所述數字信道化模塊，用于將采集數據進行數字處理，并把每個天線通道的采集數據劃分為K個窄帶子信道數據；對P個通道中每個通道的K個窄帶子信道的數據進行分組合并，得到M個子頻段數據；

所述多光口發送模塊，用于將M個子頻段數據分別發送至M個處理分機。

優選地，所述處理分機包括：多光口接收模塊、窄帶DBF模塊；其中，

所述多光口接收模塊，用于接收各個采集分機發送的子頻段數據；