大规模PAF接收机数字化设计与信号处理架构研究
批准号:
12073066
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
裴鑫
依托单位:
学科分类:
射电天文技术和方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
裴鑫
中文摘要
相控阵馈源(PAF)通过电子扫描形成多个同步波束,能增大望远镜的视场,提高巡天效率。大规模PAF馈源排列密集、数量众多,如采用传统的超外差式设计,模拟前端将非常复杂。采用数字接收机设计,靠近PAF馈源数字化,可以减少模拟链路、减小空间和重量、降低复杂度,非常适合大规模馈源阵列的紧凑化设计。大规模PAF信号速率高、通道多,对采样芯片的性能要求高,靠近望远镜焦点位置的数字化对电子器件的电磁辐射极其敏感,波束合成处理算法复杂、实时性要求高,对系统的处理能力挑战大。本项目将面向大口径射电望远镜,研究高速率、低功耗的射频信号直接采样技术,开发高性能数字混频和滤波模块,研究不同观测模式下的波束合成与校准算法,基于混合架构设计分布式信号处理与波束合成网络,开发高效并行计算与共享内存管理引擎,优化波束合成网络拓扑结构,为大规模、宽带PAF提供可行、可靠、经济、先进的数字化设计和实时信号处理方案。
英文摘要
Phased array feed (PAF) can form multiple synchronous beams through electronic scanning, which can increase the field of view(FoV) of the telescope and improve the survey efficiency. The large-scale PAF is densely arranged and numerous, if traditional superheterodyne structure is adopted, the design of analog front-end will be very complicated. Digital receiver design, close to the PAF feed digitization, can reduce analog links, reduce space and weight, degrade complexity, very suitable for the compact design of large-scale feed array. The large-scale PAF has high signal rate, numerous channels, which requires high performance of the sampling chip. The digitization near the focus of the telescope is extremely sensitive to the electromagnetic radiation of electronic devices. The PAF beam-forming algorithm is complex and high real-time requirements, which pose a great challenge to the signal processing.This project will research on the high sampling rate, low power consumption RF-direct sampling technology toward the large radio telescope, research on the beam-forming and calibration algorithm under different observation mode, develop high performance digital mixing and filtering module, design distributed signal processing and beam-forming network based on heterogeneous architecture, develop efficient engine for parallel computing and shared memory management, optimize the topology of beam-forming network. Finally, a feasible, reliable, economical, advanced full digital design and real-time signal processing solutions for large-scale, broadband PAF will be presented.
射电天文相控阵馈源(PAF)接收机通过电子扫描可形成多个同步波束,能增大望远镜的视场,提高巡天效率,是大型射电望远镜的巡天利器。大规模PAF馈源排列密集、数量众多,如采用传统的超外差式设计,模拟前端将非常复杂。项目引入数字化接收机设计思路,采用新一代高集成度、高性能射频片上系统(RFSoC),靠近PAF阵元数字化,降低模拟前端复杂度,减小空间和重量,提高信号采集保真度,满足馈源阵列紧凑化设计要求。.项目面向QTT望远镜PAF研制需求,研究了基于RFSoC的集成化、高性能、低功耗射频信号直接采样技术,测试了电路的ADC采样、功耗、电磁辐射、100Gb高速传输等特性,论证了RFSoC技术应用到射电天文PAF数字接收机设计的可行性。.大规模PAF信号通道多、采样速率高、处理数据量大、计算实时性要求高、设计难度大。项目采用RFSoC+GPU混合架构分布式计算集群,根据波束合成计算特征规划了多路信号高速采集、交叉分发和并行计算拓扑架构,定制化设计了RFSoC专用信号处理集成电路,开发了8通道4.096GSPS、12bit信号采集、信道化和格式化传输等固件程序,开发了基于GPU服务器集群的HRBF_HASHPIPE实时数字波束合成算法,实现了PAF超高速数据流的采集、多路径交叉分发和多线程实时并行处理。.项目建立了混合架构PAF信号处理仿真实验平台,仿真分析了不同波束合成算法的特征和面对干扰的自适应性,开展了不同阵元处理规模和波束合成数量的仿真实验,验证了算法的有效性和实验平台的准确、高效。.项目针对QTT PAF接收机技术指标,规划了基于RFSoC的数字化PAF前端设计方案,提出了灵活度高和可扩展性好的波束合成网络计算模型,为其工程建设提供支撑,也为其他大型射电望远镜的大规模、超宽带PAF信号采集和海量数据实时处理提供技术参考。
大口径射电望远镜面形精度离焦全息法快速测量技术研究
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批准号:11403091
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2014
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负责人:裴鑫
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依托单位:
国内基金
海外基金