使用基于PXI的儀器和高速流盤(pán)技術(shù)進(jìn)行下一代射電天文接收機(jī)算法原型開(kāi)發(fā)

　　作者:

　　J. Richard Fisher - National Radio Astronomy Observatory

　　Matthew A.. Morgan - National Radio Astronomy Observatory

　　行業(yè):

　　航空/航天, 科研

　　產(chǎn)品:

　　PXI-5105, PXI-5152, NI PXIe-8105, PXI-6562, HDD-8263, NI PXIe-1062Q

　　挑戰(zhàn):

　　運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算的最新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)下一代高性能、小型集成射電航天接收機(jī)，盡可能與天線(xiàn)輸入接近地對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化盡可能與天線(xiàn)饋電接近地對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。

　　解決方案:

　　使用NI采樣、數(shù)據(jù)采集(DAQ)和數(shù)據(jù)流盤(pán)硬件，采集定制設(shè)計(jì)的微波前端的輸出，并測(cè)試數(shù)字標(biāo)定邊帶分離和高精度、高穩(wěn)定性極化隔離的新算法。

　　"使用NI數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)流盤(pán)硬件，我們?yōu)镈SSM和DOMT開(kāi)發(fā)了標(biāo)定和校正算法，相比使用實(shí)時(shí)硬件信號(hào)處理實(shí)際問(wèn)題，我們的處理方法更有效、成本更低。"

　　美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)(NRAO)是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助的機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)美國(guó)和世界各地天文學(xué)家使用的射電天文設(shè)備的建造、維護(hù)和運(yùn)作。中央開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室(CDL)是NRAO的主要研究和開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。

　　突破性的射電天文研究依賴(lài)于低噪聲接收器和寬帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。盡管這些系統(tǒng)在成本、重量和尺寸上都更小，但是比目前的高端系統(tǒng)更可靠、可重復(fù)性更高，而且無(wú)需犧牲靈敏度。

　　數(shù)字邊帶分離和極性隔離

　　下一代射電儀器需要盡可能接近地對(duì)天線(xiàn)饋電進(jìn)行數(shù)字化，并且將射頻至基帶轉(zhuǎn)換、模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換以及銅導(dǎo)線(xiàn)至光纖轉(zhuǎn)換集成在一體。這包含將部分功能從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，從而可以以最高的保真度進(jìn)行信號(hào)處理。

　　自然決定了射電天文學(xué)家研究信號(hào)的頻率、帶寬和時(shí)域特性，需要比大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用具有更寬微調(diào)范圍和更大瞬時(shí)帶寬的接收機(jī)。此外，從通信標(biāo)準(zhǔn)而言，宇宙信號(hào)非常微弱，因此分離帶外信號(hào)十分重要。直到最近，出現(xiàn)了復(fù)雜的下變頻系統(tǒng)，它帶有多個(gè)本地振蕩器和中間濾波器，讓低級(jí)散射混和產(chǎn)品分解頻譜，特別是在高度集成的接收器上。更簡(jiǎn)單的單一下變頻、邊帶分離解決方案都不可行，因?yàn)闉橹蓄l(IF)實(shí)現(xiàn)高帶寬混和耦合器十分困難，相對(duì)受限制的邊帶分離導(dǎo)致低于20 dB寬帶寬。為了避免這個(gè)問(wèn)題，我們使用數(shù)字邊帶分離混和器(DSSM)避免模擬IF混和系統(tǒng)。DSSM對(duì)相內(nèi)進(jìn)行數(shù)字化并獨(dú)立對(duì)混和器輸出進(jìn)行正交化，數(shù)字化地完成更高或更低帶寬的最終重建，因此我們可以創(chuàng)建數(shù)學(xué)上完美的IF混和系統(tǒng)，校正在前置模擬數(shù)字中的任何幅值和相位失衡。