一种数字FFT频谱仪系统及运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数字FFT频谱仪系统，包括图形界面模块、数据处理模块、通讯模块，图形界面模块和数据处理模块相连接，图形界面模块和通讯模块相连接，数据处理模块和通讯模块相连接，图形界面模块创建用户界面和创建数据处理模块的线程、通信模块的线程，数据处理模块包括两张频谱分析仪板卡，数据处理模块包括本地模式和遥控模式，通信模块通信连接调度计算机，通信模块设有信号灯标志位，还包括存储模块，通过千兆网络，将大量OTF数据和标准源数据远程存储至磁盘阵列中，还公开了一种数字FFT频谱仪系统的运行方法，具有宽带、高频率分辨率、大动态范围和长时标系统稳定性等特点，可实现射电天文信号或太赫兹大气信号宽带高分辨率实时频谱处理。

A digital FFT spectrometer system and its operation method

【技术实现步骤摘要】
一种数字FFT频谱仪系统及运行方法
本专利技术涉及一种FFT频谱仪系统，具体涉及2通道数字FFT频谱仪系统及运行方法。
技术介绍
频谱仪是射电天文等领域进行信号频谱分析必不可少的仪器之一。射电天文用频谱仪主要有模拟滤波器组频谱仪(FilterBankSpectrometer，FBS)，声光频谱仪(Acousto-OpticalSpectrometer，AOS)，自相关频谱仪(AutoCorrelationSpectrometer，ACS)和FFT频谱仪(快速傅立叶变换数字频谱仪FastFourierTransformSpectrometer，FFTS)。模拟滤波器组频谱仪主要由模拟滤波器组，检波器，积分器和读出电路等组成，由于存在通道一致性差和邻道串扰等不足，无法实现高分辨频谱分析；声光频谱仪主要由激光源、光路扩束准直器、声光偏转器、傅氏透镜、线阵光电耦合器件CCD(ChargeCoupledDevice)和读出电路等组成，集成机光电等技术，尽管可以实现窄带高分辨频谱分析，但其稳定受声光偏转器、CCD等模拟部件影响，稳定性比较差，不利于深度积分，且存在体积大，功耗大等不足。自相关频谱仪采用相关原理实现对信号的频谱分析，全数字自相关频谱仪主要由量化器(或模数转换器ADC-AnalogtoDigitalConverter)、实现自相关运算专用集成电路或可编程逻辑器件，和读出电路等组成。它在宽带和频率分辨率和稳定性等方面优于前面二者，采用多比特可以提高积分效率，但系统的复杂程度却快速增加，目前优先选择的2比特自相关频谱仪的积分效率为0.88，用于深度积分的信号频谱分析场合，仍是一个不可忽视的缺陷；FFT频谱仪采用傅立叶变换对信号直接对信号进行频谱分析，可以接受多比特的数字信号，实现宽带高分辨率频谱分析且其积分效率几乎可以达到100％，稳定性好。基于提高宽带和高频率分辨率的FFT频谱仪仍在开发之中。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种数字FFT频谱仪系统及运行方法，针对以上滤波器组频谱仪、声光频谱仪以及自相关频谱仪存在的带宽和分辨率，稳定性以及积分效率以及系统集成等多方面的存在的问题，提供性能更优数字实时FFT频谱仪系统。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种数字FFT频谱仪系统，包括图形界面模块、数据处理模块、通讯模块，图形界面模块和数据处理模块相连接，图形界面模块和通讯模块相连接，数据处理模块和通讯模块相连接。前述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：图形界面模块创建用户界面和创建数据处理模块的线程、通信模块的线程，用户界面包括控制界面和Quicklook界面，参数配置界面实现频谱仪FFT积分次数等参数的设置；Quicklook界面显示实时中频频谱及仪器状态等，图形界面包括1个主线程，图形界面的加载和创建在主线程中完成，频谱设备的初始化、参数配置以其启/停控制，以及程序的退出等也都在主线程中操作完成，主线程还创建2个数据处理线程和1个通信线程。前述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：数据处理模块包括两张频谱分析仪板卡，数据处理模块包括2个数据处理线程，每一个数据处理线程对应一张频谱分析仪板卡，完成频谱数据和状态量的读出、观测流程的命令解析和频谱积分、数据远程存储等，并处理来自其中一个超导接收机像元输出中频的信号频谱。数据处理线程间相互独立，功能一致，动作同步。前述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：数据处理模块包括本地模式和遥控模式。本地模式实现频谱读出、状态监视以及频谱本地Quicklook；遥控模式实现太赫兹大气信号源观测、数据校准以及数据远程存储。前述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：通信模块通信连接调度计算机。通信模块包括1个通信线程，通信模块采用TCP/IP协议，并采用Server/Client方式实现与调度计算机之间的数据传输。频谱仪与系统调度计算机通信时，作为Server，接收来自调度计算机的连接才建立通信连接关系。前述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：通信模块设有信号灯标志位。通信线程除了从数据处理线程读取数据发送之客户端，从客户端读取数据广播式发送至2个数据处理线程外，还负责对来自2个数据处理线程的信号灯标志位的命令解析。前述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：还包括存储模块，通过千兆网络，将大量OTF数据和标准源数据远程存储至磁盘阵列中，且为了将两者数据进行区别，OTF数据和标准源数据以不同的格式进行命名。前述的一种数字FFT频谱仪系统的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：图形界面模块创建用户界面，创建数据处理模块的线程、通信模块的线程，加载两张频谱分析仪板卡；步骤二：数据处理模块的线程启动，通过通信模块接收调度计算机的指令；步骤二包括：步骤2a：数据处理模块的线程启动后，直接进入本地模式，在本地模式中，首先查询DAQRxBuf缓冲是否有来自调度计算机发来的命令，如果没有或者发送的命令为LOCAL或者调度计算机与频谱仪的通信断开后，数据处理线程进入本地模式，进行频谱的读出、设备状态的读出及其显示；步骤2b：遥控模式主要接收调度计算机谱线观测流程的命令，进行太赫兹大气分子谱线信号的观测以及数据校准、数据传送和数据存储。步骤三：通信模块解析信号灯标志位的命令并从数据处理模块读取数据发送至调度计算机；步骤四：将数据通过存储模块储存。本专利技术的有益之处在于：具有宽带(2.4GHz/通道×2通道)、高频率分辨率(73kHz)、大动态范围(30dB)和长时标系统稳定性(大于1000s)等特点，可实现太赫兹大气信号宽带高分辨率实时频谱处理。附图说明图1是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统的模块连接示意图；图2是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统基于图1进一步的模块连接示意图；图3是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统及运行方法的流程图；图4是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统及运行方法的图形界面主线程程序流程图；图5是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统及运行方法的数据处理线程“本地模式”的程序流程图；图6是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统及运行方法的标准源观测时的程序流程图；图7是本专利技术一种数字FFT频谱仪系统及运行方法的通信线程的程序流程图；具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。参照图1、图2所示，本专利技术一种数字FFT频谱仪系统，包括图形界面模块、数据处理模块、通讯模块，图形界面模块和数据处理模块相连接，图形界面模块和通讯模块相连接，数据处理模块和通讯模块相连接。本专利技术系统中各个模块装置至少包括如下功能：图形界面模块：包括1个主线程，由主线程来实现图形界面加载、显示、人机交互，此外频谱仪初始化、参数配置也在主线程中完成，主线程还创建2个数据处理线程和1个通信线程；数据处理模块包括2个数据处理线程，每个数据线程对应一个数字FFT频谱分析板卡，完成频谱数据和状态量的读出、观测流程的命令解析和频谱积分、数据远程存储等；具有频谱数据预处理功能、具备谱线观测和设备性能调试等模式；在数据处理线程中，具有频谱读出、状态监视以及频谱本地Quicklook功能(称之为“本地模式”)和太赫兹大气信号源观测以及数据校准以及数据远程存储的功能(称之为“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：包括图形界面模块、数据处理模块、通讯模块，图形界面模块与数据处理模块相连接，图形界面模块和通讯模块相连接，数据处理模块和通讯模块相连接。

【技术特征摘要】
1.一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：包括图形界面模块、数据处理模块、通讯模块，图形界面模块与数据处理模块相连接，图形界面模块和通讯模块相连接，数据处理模块和通讯模块相连接。2.根据权利要求1所述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：图形界面模块创建用户界面和创建数据处理模块的线程、通信模块的线程，用户界面包括控制界面和Quicklook界面。3.根据权利要求1所述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：数据处理模块包括两张频谱分析仪板卡，两张频谱分析仪板卡间相互独立，功能一致，动作同步。4.根据权利要求1所述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：数据处理模块包括本地模式和遥控模式，本地模式实现频谱读出、状态监视以及频谱本地Quicklook；遥控模式实现太赫兹大气信号源观测、数据校准以及数据远程存储。5.根据权利要求1所述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：通信模块通信连接调度计算机。6.根据权利要求1所述的一种数字FFT频谱仪系统，其特征在于：通信模块设有信号灯位。7.根据权利要求1所述的一种数字FF...

【专利技术属性】
技术研发人员：林镇辉，段文英，姚骑均，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：江苏,32