太阳射电观测系统多通道变频电路一致性补偿方法与实现

地基太阳射电观测系统观测信号频带较宽,覆盖十米至毫米波段.限于ADC采样率和输入带宽,通常需要通过变频电路将射电信号分段变频后再进行模数转换.由于模拟器件的差异性,多通道变频电路存在幅相不一致的情况,造成通道间幅相误差,影响接收机测量精度,对极化测量影响尤为严重.本文通过测量太阳射电观测系统中变频电路各通道之间的幅频和相频偏差,计算出每个频点的补偿系数,存入太阳射电观测系统数字接收机的FPGA中.观测时,在FPGA中将ADC输入的数据进行FFT处理,每个通道各频点数据乘以相应补偿系数,削弱通道间不一致性,提升数据质量.选取山东大学槎山太阳射电观测站150~500MHz太阳射电观测系统进行实验验证,经补偿后通道间幅度差降低至0.5dBm以下,一些频点差值为0dBm,相位一致性得到显著提升.实际应用表明,本方法为提升宽频带变频电路一致性提供了解决方案,为低频对周天线阵数字波束合成、同频段多天线相干测量的多通道一致性校正提供了有效参考.

毫米波宽带太阳射电观测系统的信号平坦度补偿方法

在太阳射电观测系统中,接收机作为核心部分将天线接收到的太阳射电信号进行放大、滤波、数字化处理等操作后生成射电频谱.但接收机内部各种器件的幅频特性不一致性将导致接收机输出信号失真,这种失真在宽带信号时更加严重,使系统输出信号平坦度变差,进而影响观测系统数据的准确性.通过分析,信号不平坦主要来源于系统固定增益的不平坦度及随机噪声.针对这一问题,本文提出一种应用于毫米波宽带太阳射电观测系统的信号平坦度补偿方法.首先,将观测信号减去背景辐射噪声尝试补偿系统固定增益的不平坦度.随后,针对宽带信号利用分位图分析系统固定增益的不平坦度补偿是否完成,视不同情形进行下一步处理:(1)若分位图不符合正态分布,则需重新选取背景数据进行补偿操作直至分位图符合正态分布或超过尝试次数后丢弃这组数据;(2)若分位图符合正态分布,可认为系统固定增益的不平坦度补偿完成.最后,根据信号的方差和均值拟合得到白噪声函数积分次数与噪声抑制的关系,进而选择合适的积分次数抑制噪声以得到符合平坦度要求的补偿后信号.该模拟结果可对上位机实时数据处理算法提供参考,在高带宽内对信号的平坦度进行补偿,使接收机获取较为准确的观测数据(精细动态频谱).该方法已应用于山东大学槎山太阳射电观测站的35~40 GHz宽频太阳射电观测系统,并得到了较好的补偿效果.