新疆天文台南山站DBBC2数字终端系统的建立

随着计算机数字技术的高速发展,甚长基线干涉仪测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)所需的关键观测终端设备基带转换器(Base Band Converter,BBC)已从模拟系统(Analog BBC,ABBC)发展为数字系统(Digital BBC,DBBC)。相对于模拟系统,数字系统具有很高的灵活性,并能成倍提高VLBI观测带宽,进而能满足各种高灵敏度的观测需求。考虑到这些技术优势,以及新疆天文台南山站在国内和国际VLBI网中的重要作用,南山站2016年对VLBI终端系统进行了升级,引进了一套意大利Hat-Lab公司研发的DBBC2终端。介绍了DBBC2系统的主要构成模块和工作原理以及系统的组装、连接、配置、校准和调试方法。在对系统硬件和软件进行全面的检测和测试后,与国内和国际的主要台站开展了联合观测,并多次成功获得相关干涉条纹。这一系列的成功观测表明,南山DBBC2系统已成功安装,并具有很高的可靠性。应用新的DBBC2系统,南山站可参与2/4 Gbps的记录速率的宽带VLBI观测,极其有助于天文学家对宇宙中更暗弱的射电源开展毫角秒分辨率的成图观测。

DBBC数字部分控制功能的设计与实现

宽带数字化VLBI记录终端是国际VLBI服务组织(IVS)VLBI 2010发展计划的关键设备。上海天文台进行了数字基带转换器(DBBC)的研究。DBBC由模拟射频部分和数字部分两大模块组成。数字部分控制功能主要实现FPGA加载、BBC参数设置和读取、系统工作状态的监视等功能。该文研究了以Xilinx FPGA为平台构建基于PowerPC(硬核)和PCI总线(OPB_PCI软核)的嵌入式系统,接收控制计算机命令,并作相应的处理以实现数字部分控制功能。

基于零基线的DBBC检验

比较设备非线性时延校正前后的DBBC设备时延一致性。设计零基线干涉测量试验,对VLBI系统中DBBC设备的时延一致性进行了测量试验;针对设备时延的非线性,利用PCAL信号对DBBC设备进行标校;用MATLAB处理软件对试验数据进行处理和分析。试验结果表明:零基线干涉测量相关处理算法有效;经过PCAL信号非线性时延标校的DBBC设备群时延准确性相对设计指标高了一个数量级。

一种VLBI数字基带转换器的阈值计算方法及其FPGA实现

随着电子技术的进步,数字化的设备成为发展的趋势。在VLBI2010中定义了新型VLBI数据终端,新的系统使用数字逻辑电路完成VLBI的数据采集。数字基带转换器(Digital Base Band Converter,DBBC)是VLBI数据终端的核心部件,其功能是将射频接收机输出的宽带模拟中频信号数字化处理后,选取若干频道转换为基频信号。与模拟设备相比,其在带通特性、长基线条纹信噪比性能等方面有很大优势。其中经过基带转换后的信号需要通过自动增益控制(Auto Gain Control,AGC)模块进行阈值比较,得到2 bits量化信号作为输出。目前2 bits数字自动增益控制模块设置阈值的方法是基于传统的自动增益控制方法,即信号通过平方、累加和开方,计算出信号的平均功率,再通过平均功率得到阈值。提出了一种量化阈值计算的新方法,该方法通过统计数字信号各比特位的状态分布,并与原阈值进行比较,从而确定新阈值的相应比特位的值,使经阈值比较后的量化输出符合预定的比例。阈值随每N个输入信号的统计情况进行更新,从而实现2 bits动态量化。这种方法可以避免多位数据的平方、累加和开方的复杂计算,从而减少数字自动增益控制模块的资源占用。通过对其FPGA设计的仿真结果分析,验证了该方法的可行性。对2 bits量化原理及其量化误差分析的关键部分作了论述,并通过MATLAB计算出最佳量化门限和量化状态。

深空测控VLBI数据记录回放系统设计

介绍了深空测控系统中VLBI数据记录回放系统的设计方案,并且详细研究了DBBC滤波器组算法和高速大容量持续硬盘存储技术。系统依靠高性能的软件无线电平台,综合了VLBI基带转换器和数据记录回放系统的功能。基于通用计算机总线的高速数据存储系统架构,存储容量可根据需要扩展,持续记录回放速率可达1600Mbps。本系统基于windows操作系统,最大限度地利用成熟的货架产品和技术,升级和维护方便。

一种VLBI数字基带转换器的设计与研究

数字基带转换器在VLBI系统中主要完成中频信号的基带转换和频段选择,文中采用频域抽取和邻信道合并技术设计一种VLBI数字基带转换器。采用该方法设计的转换器具有比较平坦的通带特性和较大的阻带衰减,能够方便地实现带宽的动态变化。文中对频域抽取进行理论推导论证,并根据邻信道合并的条件,详细说明了原型低通滤波器的设计方法,最后通过仿真验证了新方法的有效性。

基于GPU的干涉测量VDIF格式数据编帧方法

为提高深空测控网VLBI基带转换器灵活性和多种数据格式适应能力,设计一种基于GPU的VDIF格式数据编帧方法。基于CUDA并行运算架构开发符合VDIF规范的帧头计算模块、多通道单线程编帧模块和多通道多线程编帧模块。为了实现编帧过程效率的优化,设计基于纹理缓存查找表的数据量化方法和基于流式架构的多帧信号异步编帧方法。试验验证表明,设计的编帧方法结果正确,高效可靠,有望为我国深空测控干涉测量数据记录系统参与国际VLBI联合观测提供有效的支持。