太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜觀測(cè)具有重要的空間物理科學(xué)研究意義,有助于預(yù)測(cè)地球空間天氣環(huán)境。太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀是接收太陽(yáng)射電爆發(fā)的重要工具,可以為射電基礎(chǔ)研究提供數(shù)據(jù)積累,構(gòu)建高頻率分辨率的太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀可以觀測(cè)太陽(yáng)射電爆發(fā)頻率分辨的精細(xì)結(jié)構(gòu)。但國(guó)內(nèi)外高頻率分辨率的太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀很少,目前比較流行的基于FPGA的頻譜儀大都注意時(shí)間分辨率的提高,而且這種頻譜儀一經(jīng)完成,頻率分辨率比較難調(diào)整。GPU具有并行、高密度的計(jì)算能力,可以高效地利用大點(diǎn)數(shù)、多批次快速傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)高頻率分辨率,其低成本、易開發(fā)以及高性能的特點(diǎn)具有很大的優(yōu)勢(shì),所以本文結(jié)合項(xiàng)目需求實(shí)現(xiàn)了基于GPU的高頻率分辨率太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀。通過大量的文獻(xiàn)學(xué)習(xí),并對(duì)觀測(cè)站現(xiàn)有頻譜儀的研究,以CPU+GPU架構(gòu)方式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高頻率分辨率太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀。頻譜儀系統(tǒng)主要由高速數(shù)據(jù)采集部分、高頻率分辨率頻譜實(shí)現(xiàn)部分和動(dòng)態(tài)頻譜顯示部分構(gòu)成。利用萬(wàn)兆光纖實(shí)現(xiàn)了頻譜儀系統(tǒng)中兩臺(tái)主機(jī)的物理連接,網(wǎng)絡(luò)地址映射實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)主機(jī)的虛擬連接,虛擬硬盤通過數(shù)據(jù)包緩存方式減少了傳輸時(shí)間。通過統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)（Compute Unified Device Ar... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１明安圖射電頻譜儀近景圖??綜上，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)１５０－５００?ＭＨｚ頻段范圍的高頻率分辨率太陽(yáng)射電??，

太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀總體設(shè)計(jì)??２．１太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??如今數(shù)字式頻譜儀應(yīng)用廣泛，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理分析，過程不復(fù)雜??并且頻譜分析效率很高，可以將其應(yīng)用到太陽(yáng)射電頻譜觀測(cè)中�；诳焖俑�??里葉變換（ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＦＦＴ）的數(shù)字式頻譜儀主要是用高速Ａ／Ｄ采??集出待測(cè)信號(hào)后，送入處理器進(jìn)行ＦＦＴ運(yùn)算，把被測(cè)信號(hào)分解成為分立的頻??率分量［１７】，從產(chǎn)生的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)中分析出相位信息與幅度信息，最后送入顯示??器實(shí)現(xiàn)頻譜顯示，其原理框圖如圖２－１所示。??取樣器?模／數(shù)轉(zhuǎn)換器??（〇）?—＾／―?＾?染—＞＾?ａｄｃ?－??射頻輸入?衰減器?低通濾波器??？４??ＦＦＴ?４???顯示器?澉處理器??圖２－１基于ＦＦＴ的數(shù)字式頻譜儀原理框圖??由于ＦＦＴ取的是有限長(zhǎng)度，運(yùn)算點(diǎn)數(shù)有限，就需要髙速Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器和??髙速數(shù)字器件的配合來實(shí)現(xiàn)髙頻率分辨率。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，高??速Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器在性能方面有了很大提升，尤其是采樣率和位數(shù)越來越高，不??少的高性能高速數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用于微波通信、寬帶雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域。有高速??Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的數(shù)字式頻譜儀可以人為自主變換采樣模式來控制采樣，對(duì)于功??率幅度變化豐富的太陽(yáng)射電信號(hào)觀測(cè)很適用。??在確定方案基礎(chǔ)上，本文依照ＦＦＴ數(shù)字式頻譜儀設(shè)計(jì)了基于ＧＰＵ的太??陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀整體結(jié)構(gòu)，采用ＣＰＵ＋ＧＰＵ架構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)框圖如圖２－２??所示。該太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀主要由高速數(shù)據(jù)采集部分、頻譜分析部分、動(dòng)??態(tài)頻譜顯示部分組成。高速數(shù)據(jù)采集部分由裝有高速數(shù)據(jù)采集卡的主機(jī)Ａ負(fù)??責(zé)，將射電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將時(shí)域

畢竟工作在露天環(huán)境中，復(fù)雜的電磁環(huán)境會(huì)導(dǎo)??致頻譜儀飽和而無(wú)法穩(wěn)定正常工作，所以要在低噪放之前插入一個(gè)帶通濾波??器以避免大信號(hào)進(jìn)入。同時(shí)，為了減小該系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、提高頻譜儀的靈??敏度，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前添加低噪放［２８］。??前置濾波放大處理高速數(shù)據(jù)采集部分頻譜分析部分動(dòng)態(tài)頻譜顯示部分??６米拋物面天線??（ｚ，?＾ＩＩ??ＢＰＦ?ＬＮＡ????Ｋ?＿?光纖???＼?＊?＜Ｍ）Ｃ?＝?ＧＰＵ＋ＣＰＵ?—＾一?顯示器??ＢＰＦ?ＬＮＡ??主機(jī)Ａ?主機(jī)Ｂ??圖２－２太陽(yáng)射電動(dòng)態(tài)頻譜儀整體結(jié)構(gòu)圖??從圖２－２可以看到，兩臺(tái)主機(jī)間用萬(wàn)兆光纖連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。初始設(shè)??計(jì)是將高速數(shù)據(jù)采集卡和顯卡裝在一臺(tái)主機(jī)上用ＰＣＩｅ?２．０進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但??相比之下，光纖的萬(wàn)兆傳輸速率明顯快于ＰＣＩｅ２．０的２．５?ＧＢ／ｓ，可以大大提??高傳輸速率，更有利于系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。除此之外，光纖傳輸具有頻??帶寬、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)、工作性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。光纖的基本成分??是石英，不受電磁場(chǎng)的作用，對(duì)電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力。研??究太陽(yáng)射電對(duì)電磁場(chǎng)環(huán)境要求較高，光纖正發(fā)揮了抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。??內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸速度要比硬盤快得多，為了加快磁盤的數(shù)據(jù)交換速度，??本文將主機(jī)Ｂ內(nèi)存的一部分虛擬出一個(gè)硬盤，用來緩存數(shù)據(jù)。該盤中始終存??在一緩沖數(shù)據(jù)包，當(dāng)新的數(shù)據(jù)包開始傳送時(shí)，系統(tǒng)開始處理上一個(gè)數(shù)據(jù)包，??這樣可以實(shí)現(xiàn)傳送與處理的重疊，較好地減少傳輸時(shí)間。處理完的時(shí)域數(shù)據(jù)??包在虛擬硬盤中自行刪除，產(chǎn)生的頻域數(shù)據(jù)包上傳到磁盤陣列（Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ??Ａｒｒａｙｓ?ｏｆ?Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ?Ｄｉｓｋ


本文編號(hào)：3440810