[發(fā)明專(zhuān)利]一種脈沖星信號(hào)消干擾裝置、系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010081147.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111272169A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托乎提努爾;王娜;張海龍;王杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院新疆天文臺(tái)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/02;G01C21/24
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢(mèng)圓

一種脈沖星信號(hào)消干擾裝置、系統(tǒng)和方法，該裝置包括FPGA模塊、CPU模塊和GPU模塊，其中：FPGA模塊，用于對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行采樣和預(yù)處理，將得到的脈沖星數(shù)字信號(hào)傳輸至CPU模塊；CPU模塊，用于對(duì)接收自FPGA模塊的脈沖星數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，將該脈沖星數(shù)字信號(hào)傳輸至GPU模塊；GPU模塊，用于對(duì)接收自GPU模塊的脈沖星數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和數(shù)據(jù)后處理，消除脈沖星信號(hào)中的干擾信號(hào)。本采用FPGA和GPU模塊，利用了FPGA和GPU計(jì)算平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在CPU模塊中設(shè)計(jì)共享內(nèi)存環(huán)形緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)平臺(tái)的高速數(shù)據(jù)傳輸和處理，優(yōu)化CPU、GPU和FPGA平臺(tái)的多任務(wù)分配，提高了干擾信號(hào)消除算法的靈活性及可擴(kuò)展性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脈沖星信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖星信號(hào)消干擾裝置、系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

脈沖星是一種快速自轉(zhuǎn)的中子星，20世紀(jì)天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一。脈沖星具有非常高的密度和穩(wěn)定的周期，它在繞自身旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電磁波沿磁極方向向外發(fā)射，當(dāng)電磁波掃過(guò)地球時(shí)，地球上的射電望遠(yuǎn)鏡會(huì)接收到周期性的脈沖信號(hào)。

脈沖星信號(hào)極其微弱，為了觀(guān)測(cè)到清晰可見(jiàn)的脈沖輪廓需要使用高靈敏度的觀(guān)測(cè)設(shè)備。由于射電望遠(yuǎn)鏡靈敏度高、信號(hào)收集能力強(qiáng)，在接收到脈沖星信號(hào)的同時(shí)人類(lèi)的通信活動(dòng)和日常生活產(chǎn)生的干擾信號(hào)(Radio Frequency Interference，RFI)也被接收。這些RFI會(huì)降低觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)效，將嚴(yán)重影響科學(xué)研究結(jié)果的準(zhǔn)確性與有效性。RFI處理技術(shù)可以有效提高天文觀(guān)測(cè)的靈敏度，提升觀(guān)測(cè)系統(tǒng)的脈沖星識(shí)別和檢測(cè)能力。近年來(lái)RFI環(huán)境走向越來(lái)越復(fù)雜的趨勢(shì)，相關(guān)技術(shù)遇到極大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的RFI處理技術(shù)具有如下缺陷：

(1)觀(guān)測(cè)設(shè)備性能的提升迅速擴(kuò)大了射電天文可觀(guān)測(cè)天體信號(hào)的頻率范圍，隨著觀(guān)測(cè)帶寬的不斷增加，分辨率也越來(lái)越高，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常龐大，現(xiàn)有的RFI處理技術(shù)無(wú)法快速實(shí)時(shí)的處理海量脈沖星數(shù)據(jù)。例如，超寬帶接收機(jī)、多波束接收機(jī)及PAF接收機(jī)等世界前沿的觀(guān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常巨大，通常是TB量級(jí)的，這種大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)干擾消除對(duì)RFI處理算法和相關(guān)技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

(2)現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)雜強(qiáng)干擾抑制性能較差，例如4G信號(hào)、TV信號(hào)等RFI經(jīng)常跟脈沖星信號(hào)混到一起，比較難以處理，現(xiàn)有的RFI消除方法總是產(chǎn)生數(shù)據(jù)帶寬的損失或部分脈沖星數(shù)據(jù)的丟失，降低脈沖星信號(hào)信噪比及觀(guān)測(cè)設(shè)備靈敏度，無(wú)法給科學(xué)家提供高質(zhì)量的脈沖星觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。

(3)現(xiàn)有的消干擾技術(shù)都是非在線(xiàn)處理方式，首先把脈沖星數(shù)據(jù)記錄磁盤(pán)，一般采用fits或filterbank格式，然后讀取數(shù)據(jù)消除RFI，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理。這樣的RFI處理方法運(yùn)算效率相對(duì)較低，耗費(fèi)時(shí)間更長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足高速實(shí)時(shí)的脈沖星搜索需求，并且系統(tǒng)功耗及造價(jià)迅速上升。

因此，研發(fā)高速、實(shí)時(shí)的RFI處理系統(tǒng)和方法對(duì)脈沖星搜尋、觀(guān)測(cè)和科學(xué)研究至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的主要目的在于提出一種脈沖星信號(hào)消干擾裝置、系統(tǒng)和方法，以解決脈沖星信號(hào)消干擾過(guò)程中數(shù)據(jù)處理能力低、實(shí)時(shí)性差、成本高的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面實(shí)施例提供了一種脈沖星信號(hào)消干擾裝置，該裝置包括FPGA模塊、CPU模塊和GPU模塊，其中：

FPGA模塊，用于對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行采樣和預(yù)處理，將得到的脈沖星數(shù)字信號(hào)傳輸至CPU模塊；

CPU模塊，用于對(duì)接收自FPGA模塊的脈沖星數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，將該脈沖星數(shù)字信號(hào)傳輸至GPU模塊；

GPU模塊，用于對(duì)接收自GPU模塊的脈沖星數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和數(shù)據(jù)后處理，消除脈沖星信號(hào)中的干擾信號(hào)。

上述方案中，F(xiàn)PGA模塊對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行采樣和預(yù)處理，包括：