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测地VLBI射频直接采样及射频数据处理方法的研究

批准号:
12103079
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李纪云
学科分类:
射电天文技术和方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李纪云

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
传统的VLBI数据采集系统是把中频信号转换为数字基带信号。射频信号需要经历多级模拟器件才能转换为中频信号。这些模拟器件易受温度影响,产生系统群时延抖动。射频直接采样技术直接采样低噪声放大器输出的射频信号,利用FPGA的高速、并行数字信号处理能力,替代传统的模拟混频、模拟滤波,从根本上降低由模拟器件引起的系统群时延抖动。本课题拟结合电子技术和天文技术的方法理论,研究宽带接收机的射频数据处理方法、窄带接收机的射频数据处理方法和射频直接采样的VLBI数据格式器封装等。本课题拟在VADATECH天文数据采集平台上实现测地VLBI射频直接采样数据采集系统,应对VLBI数据采集系统的高稳定性、高可靠性、高测量精度的需求。课题的开展将提升我国VLBI数据采集系统的性能,加速我国VLBI在射频直接采样领域的发展。
英文摘要
The traditional VLBI data acquisition system converts the IF(Intermediate Frequency) signal to digital baseband signal. RF(Radio Frequency) signal needs to go through multi-stage analog devices before it can be converted into an intermediate frequency signal. These analog devices are susceptible to temperature, which will cause system group delay jitter. RF direct sampling technology directly samples the RF signal output by the low-noise amplifier, and replaces traditional analog mixing and analog filtering by FPGA which owns high-speed and parallel digital signal processing capabilities, which fundamentally reduces the system group delay jitter caused by analog devices. This project intends to combine the theories of electronic technology and astronomical technology to study the radio frequency data processing methods of broadband receivers, the radio frequency data processing methods of narrowband receivers, and the VLBI data formatter package of direct radio frequency sampling. This project intends to implement a geodetic VLBI radio frequency direct sampling data acquisition system on the VADATECH astronomical data acquisition platform to meet the requirements of high stability, high reliability and high measurement accuracy of the VLBI data acquisition system. The development of this project will improve the performance of VLBI data acquisition system in China, and accelerate the development of VLBI in the field of direct radio frequency sampling in China.
传统的VLBI数据采集系统是把中频信号转换为数字基带信号,射频信号需要经历多级模拟器件才能转换为中频信号,这些模拟器件易受温度影响,产生系统群时延抖动。射频直接采样技术直接采样低噪声放大器输出的射频信号,利用FPGA的高速、并行数字信号处理能力,替代传统的模拟混频、模拟滤波,从根本上降低由模拟器件引起的系统群时延抖动。本课题结合电子技术技术和天文技术的方法理论,研究了基于高速ADC+FPGA架构的射频直接采样技术、射频数据处理方法、射频直接采样的VLBI数据格式器封装等。本课题首先研究了基于FPGA芯片的超宽带并行DDC算法,输出带宽为1024MHz的数字中频信号,频率选择分辨率为1MHz;其次研究了基于多相滤波器的无盲带信道分割算法;最后研究了复用架构的DDC算,带宽32MHz、16MHz、8MHz、4MHz、2MHz和1MHz可选,频率分辨率为10KHz;并基于VadaTech硬件平台实现了和CDAS2数字终端的零基线条纹结果。本课题研究的基于FPGA的无盲带信道分割方法国内首次应用于鹊桥二号中继星VLBI试验子系统,并以嫦娥6号轨道器为观测目标,开展了2次地-月VLBI观测试验,都成功获得了条纹结果,标志着中国首次地-月VLBI试验的成功。射频直接采样技术和射频数据处理方法的引入使得VLBI数据采集系统更加精简,同时可以获得更高的系统稳定性和可靠性。本课题的研究成果可应用于未来中国的空间VLBI阵列观测系统、VGOS观测系统和毫米波阵列观测系统。
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