太阳射电接收机的设计与实现

发布时间：2017-11-16 09:23

  本文关键词：太阳射电接收机的设计与实现

  更多相关文章： 太阳射电暴 接收机 阈值判别 频谱分析

【摘要】：太阳爆发时,可引起射电辐射能量强度剧增,称之为太阳射电暴。强烈的太阳射电暴会影响大气电离层状态、通讯和导航等。研究太阳射电暴不但可以理解、诊断相关等离子体物理过程,而且可以了解爆发过程中的能量释放与转变机制、质运动等重要内容。因此,对射电暴及其精细结构的有效观测及长时间监测具有非常重要的科学研究价值,并且有助于更好地开展空间天气业务。太阳射电接收机是接收并研究太阳射电暴信息的重要工具,可以为射电基础研究提供数据积累和监测。国内外专门用于太阳射电观测需求的接收机比较少,同时结合项目组的实际观测需求,故开展太阳射电接收机的设计与实现课题。本文通过大量的文献以及现有观测台站频谱仪的研究,结合目前先进的半导体产品,采用了高速数据采集卡+高性能计算机的方案。该方案是全数字设计,具有体积小、集成度高、可编程等特点。本文设计的太阳射电接收机系统主要是由高速数据采集卡、高性能计算机和高性能GPS同步时钟三部分构成。高速数据采集卡负责采集样点并做预处理,然后将其通过PCIe上传到计算机。高性能计算机对数据进行存储及频谱分析,然后以频谱图、强度图等多种形式显示。高性能GPS同步时钟与FPGA内部设计的相对时间戳配合使用,以记录数据包的绝对时间,便于后续研究人员查看数据并研究。本文根据项目组对150M-480MHz段太阳射电精细结构研究的需求,设计了太阳射电接收机。本文完成的主要工作包括：在FPGA内设计和实现了“功率阈值判别上传”功能,当功率和大于阈值即发生爆发时,数据每隔Tms上传一次。当功率和小于等于阈值即未发生爆发时,数据每隔Tmin上传一次。同时,设计了相对时间戳,配合GPS同步时钟使用,可以得到绝对时间戳,来记录数据的时间。同时,在厂商PCIe-DMA的基础上,设计了链表式PCIe-DMA的上行方式,节省了部分配置时间,使PCIe-DMA的速度得到了进一步的提升；设计并实现了数据接收及保存程序和频谱分析程序。在VS2012平台下编写了数据接收和保存程序,完成了观测数据接收与保存。利用Matlab强大的数据处理能力和可视化操作能力实现了频谱分析,并利用GUI控件编写了显示界面,实现了频谱图、强度图、三维立体图显示；利用现有的条件,完成了接收机在实验室环境下的调试工作,并取得较好的测试结果。该接收机目前可以实现时间分辨率10ms、频率分辨率32KHz的太阳射电观测。通过调试及测试,本论文的设计方案满足项目组现阶段的初步观测需求。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH753.1

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本文编号：1191887