|
数字相关器作为软件无线电的典型应用，在扩频通信中成为必不可少的技术。在传统的扩频通信中，采用模拟器件来实现解扩单元，而用本产品可以增加系统的灵活性和稳定性。因此，对它的研究具有较大的意义。
数字相关器采用DSP+FPGA的结构，一方面使设计更加灵活，同时也降低了生产的代价。从通用性上考虑，它采用零中频的采样系统。提出接收端如何正确地把信道中的模拟信号通过正确的零中频采样及恢复成数字信号。下面给出了数字相关的算法及仿真结果，用DSP+FPGA实现的算法流程图，最后给出了系统的实测结果。
它的工作原理是什么呢？
产品在空间频率域上计算任意两路信号之间的互相关运算结果，其形式是一个复数。其中相位部分包含了可见度函数的相位，偏离图像中心（相位中心）的变化源会在可见度函数的相位上产生相应变化。
数字相关器能够得到天线阵列中每两个天线接收之间的互相关输出，从而得到可见度函数在空间频率域的分布。这种分布通过后端图像合成处理单元做Fourier变换和“去卷积”处理后便能得到太阳的射电图像。
太阳射电成像的最终目标是在多个频率上合成太阳射电图像，我们首先把整个观测频率波段分成一系列的频率平面“切片层”，在数字信号处理中称为“频谱通道化”，一般用多相滤波器组或多相FFT来实现。每个频率通道输出代表所要观测的频率信号。在每个频率“切片层”上对所有天线的信号进行量化和互相关运算，就得到不同频率的互相关输出。
它在每个频率“平面”上的计算输出类似一个相关矩阵。早期的数字相关器由于数字电路的性能所限，多采用模拟滤波器组和1-bit相关，模拟通道信号被数字采集后，在相关之前先被量化成“-1”或“+1”2种状态，这2种状态可以用1个bit位来编码，以降低后续相关运算和数据传输的压力。
随着大规模数字集成电路的发展，尤其是高性能现场可编程门阵列（FPGA）芯片的出现，数字信号处理和运算能力有了飞跃式提升，频谱通道化在数字信号处理单元中实现，与模拟滤波器组相比，更加稳定，性能精度也更好。后续的相关运算也不断提升精度，2-bit相关、4-bit相关等。如果将频谱信号传输到GPU中做后续处理，还可以实现更高精度的相关运算。
太阳射电观测的特点是：信号变化范围大（从宁静到爆发的射电流量可增长数千倍到上万倍）、变化快（毫秒级）。这要求射电望远镜后端的信号处理系统有足够的动态范围，并能够实时处理动态信号变化。本产品作为信号处理系统的核心部分，不仅实现了太阳射电信号从模拟域到数字域的转化，还使快速射电成像从可能变为现实。
|
