一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法，应用于射电天文分子谱线观测技术领域。包括：FPGA数据采集单元、GPU服务器、100G网口、交换机组成；FPGA数据采集单元采集的数据通过100G网口发送给交换机，然后经过交换机发送给GPU服务器。本发明专利技术克服了传统设备具有的超宽地与偏振观测，用于分子谱线观测中的磁场分析。的磁场分析。的磁场分析。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法


[0001]本专利技术涉及射电天文分子谱线观测
，更具体的说是涉及一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法。

技术介绍

[0002]分子谱线是一种重要的天文学探测手段，它可以通过分析天体辐射中的特征线来获取天体物理参数和化学成分等信息。在射电波段中，分子线谱是广谱化学和天体物理研究的核心。通过观察不同物质辐射的谱线，天文学家们可以分析分子星云、分子云、行星大气等对象中的化学成分，了解到这些天体中发生的物理过程。
[0003]现有的分子谱线终端，以美国VEGAS为代表，功能上分为：宽带模式，1500M带宽，但分辨率较低；高分辨率模式，带宽只有100MHz，分辨率最高可达13万点FFT分辨率；多子代模式，可同时观测8个子带，但是带宽更低只有20MHz左右，可以进行50万点左右FFT分辨率。
[0004]此外，澳大利亚PARKES天文台研制的DFB终端，分子谱线观测只能观测64M带宽，频谱分辨率只有8192个FFT点，并且这些终端只具备自相关功率谱分析功能，并不具有相位分析的偏振观测功能，且这些终端的观测模式都比较窄，频谱分辨率也比较低。
[0005]因此，提出一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法，用于实现除了具有自相关功率观测的功能，还具有相位分析的偏振观测功能，并且观测带宽可以达到2048MHz，频谱分辨率可达到0.1KHz一下，FFT可达2.0480M通道点数。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种超宽带分子谱线偏振观测系统，包括：FPGA数据采集单元、GPU服务器、100G网口、交换机组成；FPGA数据采集单元采集的数据通过100G网口发送给交换机，然后经过交换机发送给GPU服务器。
[0009]可选的，FPGA数据采集单元由8个FPGA采样板组成，将接收到的超宽带微波信号进行数字采样，数字混频滤波器。
[0010]可选的，每个FPGA采样板负责256M带宽信号。
[0011]可选的，每个采样板的信号通过数字混频与FIR滤波抽取后进行打包封装增加帧头。
[0012]可选的，FPGA数据采集单元采用RFSoC微波射频芯片技术。
[0013]具体的，FPGA数据采样板核心芯片采用RFSoC系列芯片ultarscale zu48DR，该芯片最多可配备8通道、14bit、最高采样速率5GHz。该采样板还配备有2个100GbE的高速以太网模块，采用100GbE网卡模块与100G以太网交换机进行连接，实现数据的高速实时传输。通过控制计算机加载FPGA固件程序、参数设置和状态监控。
[0014]可选的，GPU服务器由4台服务器组成，每个服务器负责处理2个FPGA数据采集单元发送过来的数据。
[0015]上述任一项所述的一种超宽带分子谱线偏振观测方法，FPGA数据采集单元采集到的数据通过100G网口发送到GPU服务器，数据经过GPU服务器进行多项滤波和FFT快速傅立叶变换及及自相关计算和互相关计算，输出自相关数据与互相关数据，经过积分后，保存成FITS格式文件存入服务器硬盘中。
[0016]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种超宽带分子谱线偏振观测系统与方法，其有益效果为：
[0017]除了具有自相关功率测量外，还具有相关偏振功能，解决了现有的分子谱线终端(如VEGAS，DFB)，没有偏振观测的限制；FPGA数据采集单元由于采用了RFSoC微波射频芯片技术，具有重量轻，体积小的特点，可安装在射电望远镜高频仓内微波接收机信号输出处，将微波信号好进行直接量化采集，并通过100G网口进行数字化基带传输，克服了传统设备需要用微波电缆将信号远距离传输才能接入相关设备的问题。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术提供的一种超宽带分子谱线偏振观测系统的结构图；
[0020]图2为本专利技术提供的一种超宽带分子谱线偏振观测系统的总体结构图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]参见图1和图2所示，本专利技术公开了一种超宽带分子谱线偏振观测系统，包括：FPGA数据采集单元、GPU服务器、100G网口、交换机组成；FPGA数据采集单元采集的数据通过100G网口发送给交换机，然后经过交换机发送给GPU服务器。
[0023]具体的，采用将FPGA数据采样设备在高频仓将模拟微波信号进行数字化通过光纤数字化传输这一方式可以极大的改善外界因素引起的相位变化问题；另外，采用100G网络进行，具有更高的数据速率，相对与10G网路具有更低丢包率。
[0024]进一步的，FPGA数据采集单元由8个FPGA采样板组成，将接收到的超宽带微波信号进行数字采样，数字混频滤波器。
[0025]进一步的，每个FPGA采样板负责256M带宽信号。
[0026]具体的，共有8个板子，第一个采样板处理0
‑
256MHz，第二个采样板处理256
‑
512MHz，第三个采样板处理512
‑
768MHz，第四个采样板处理768
‑
1024MHz，第五个采样板处理1024
‑
1280MHz，第六个采样板处理1280
‑
1536MHz，第七个采样板处理1536
‑
1792MHz，第八
个采样板负责处理1792
‑
2048MHz。
[0027]具体的，FPGA数据采样板固件程序的开发基于CASPER提供的FPGA开发库，在Matlab/Simulink和Xilinx/SystemGenerator联合软件开发平台下进行设计，采用图形化编程的方式，略去了编写VHDL代码的时间，能大大缩短研究验证的时间和工作量，高效实现了FPGA的设计构建。
[0028]具体的，FPGA固件设计核心内容包括：高速ADC部分程序程序设计、数字可调混频器设计、抽取滤波器设计、数据量化截取、数据合并添加帧头与数据打包、100G网络发送。
[0029]高速ADC采样采用自带开发库，进行开发，通过程序可以进行ADC的校准、时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带分子谱线偏振观测系统，其特征在于，包括：FPGA数据采集单元、GPU服务器、100G网口、交换机组成；FPGA数据采集单元采集的数据通过100G网口发送给交换机，然后经过交换机发送给GPU服务器。2.根据权利要求1所述的一种超宽带分子谱线偏振观测系统，其特征在于，FPGA数据采集单元由8个FPGA采样板组成，将接收到的超宽带微波信号进行数字采样，数字混频滤波器。3.根据权利要求2所述的一种超宽带分子谱线偏振观测系统，其特征在于，每个FPGA采样板负责256M带宽信号。4.根据权利要求2所述的一种超宽带分子谱线偏振观测系统，其特征在于，每个采样板的信号通过数字混频与FIR滤波抽取后进行打包封...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，裴鑫，段雪峰，刘艳玲，李明帅，陈卯蒸，马军，闫浩，李笑飞，
申请(专利权)人：中国科学院新疆天文台，
类型：发明
国别省市：