本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的超寬帶數(shù)字后端設(shè)計與實現(xiàn)　出處：《貴州大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著我國射電天文學(xué)的發(fā)展,高靈敏度的射電望遠(yuǎn)鏡成為射電觀測的重要設(shè)備。例如我國正在建設(shè)中的500 m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST--Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)將成為世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡,它有望在中性氫巡視、脈沖星搜索、國際VLBI網(wǎng)聯(lián)測及地外生命搜尋等重要前沿領(lǐng)域取得突破。不同于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,需要鏡筒、目鏡以及物鏡,射電望遠(yuǎn)鏡是由天線和接收系統(tǒng)組成的,天線接收面積越大,接收機(jī)的性能越好,望遠(yuǎn)鏡的靈敏度就越高。接收機(jī)系統(tǒng)是望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分,是決定望遠(yuǎn)鏡性能的關(guān)鍵因素。目前世界最大射電望遠(yuǎn)鏡FAST在我國貴州省緊張建設(shè)中,當(dāng)大射電望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)完成后,其可接收到的數(shù)據(jù)量是巨大的,尤其對于巡天項目,望遠(yuǎn)鏡接收到的數(shù)據(jù)速率在MB/s級左右。本文針對FAST項目的建設(shè)目標(biāo)與應(yīng)用需要,設(shè)計了一種超寬帶射電天文數(shù)據(jù)采集數(shù)字后端,選用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的超高速ADC芯片,配合高性能的Xilinx公司的FPGA芯片采集、對大數(shù)據(jù)并行處理,最后通過萬兆以太網(wǎng)高速輸出。該射電天文望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)主要由模擬前端與數(shù)字后端組成,數(shù)字后端的功能則主要包括:ADC模塊實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集功能,FPGA模塊實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)處理功能,高速數(shù)據(jù)傳輸單元實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)輸出。相關(guān)的研究內(nèi)容為:1)數(shù)據(jù)送至兩片高性能ADC集成電路板,以3.2GHz超大帶寬采樣,12比特量化,ADC通過分時復(fù)用,將數(shù)據(jù)分成16路數(shù)據(jù),多通道送給FPGA板,進(jìn)行多相濾波處理,再做并行4K點數(shù)的快速傅里葉變換處理,處理后的數(shù)據(jù)存儲到FPGA板上RAM存儲空間。2)存儲單元中采用兩個緩沖模塊做buffer,進(jìn)行交替存儲,即當(dāng)一個緩沖模塊存滿以后,FPGA就選擇另一個緩沖模塊進(jìn)行存儲,并且將第一個緩沖模塊中的數(shù)據(jù)送給萬兆以太網(wǎng)口緩沖區(qū)輸出,最后送到后端基于CPU或者GPU的服務(wù)器集群系統(tǒng)進(jìn)行存儲或者處理。經(jīng)過實驗室的調(diào)試及測試,本論文所設(shè)計數(shù)字后端可以滿足0~1.6GHz頻率范圍的高速信號采集能力,可以實現(xiàn)4096通道的并行處理能力,并且具有可上升擴(kuò)展空間,以及可調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)輸出能力。本論文所設(shè)計的接收機(jī)系統(tǒng),作為FAST望遠(yuǎn)鏡寬帶接收機(jī)的基礎(chǔ),將會在FAST望遠(yuǎn)鏡實地測試。在脈沖星搜索,譜線觀測等天文科學(xué)觀測目標(biāo)中發(fā)揮重要作用。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH751

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本文編號：1324404