CN113765614B - 一种提高paf数据处理终端接收信息效率的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法，属于信号传输相关技术领域，包括预处理前端和信号处理后端，所述预处理前端和所述信号处理后端之间设有混频装置；所述预处理前端包括接收机装置、信号处理装置和信号通道；所述信号处理装置从所述接收机装置获得观测信号；所述处理装置与所述信号通道连接；多个所述信号通道之间设有平衡差分网络；所述信号通道与所述信号处理后端连接；通过混频装置以及利用标准时钟模块的同步信号，极大地提高了观测信号的精度和准确性；通过平衡差分网络使得不同频段的观测信号的在传输过程中的损耗几近相同，使得折叠后的信号能够更加精确的反应观测信号的形状。

Description

一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法

技术领域

本发明涉及信号传输相关技术领域，更具体的说是涉及一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法。

背景技术

射电天文是通过观测天体的无线电波来研究天文现象的一门学科，上世纪六十年代天文学的四大发现：类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射，都是通过射电手段观测获得的。由于从遥远天体辐射的电磁波信号极其微弱，需要借助灵敏度较高的大型射电望远镜进行观测。

脉冲星是一类高速旋转的中子星，是质量较大的恒星在演化末期受自身引力作用塌缩而形成，其内部运动的带电粒子发出的同步辐射随中子星一起转动形成射电波束，每当这种射电波束扫过地球时就接收到一个脉冲，因此命名为脉冲星。

由于脉冲星处在距地球数亿至百多亿光年的极远距离上，虽然它辐射的功率极其强大，但到达地球的信号却极弱；脉冲星辐射的电磁波在经过自由空间传输到达地球的过程中，由于宇宙不是绝对的真空，受星际介质的影响会造成信号的色散效应，即高频信号先到达、低频信号后到达。

为补偿该影响通常的做法是将接收到的时域信号变换到频域，并按频谱分成若干通道，每个通道包含特定频率范围成分信号，根据不同频率到达望远镜的时间不同，对各个通道对应的信号进行延迟(或提前)从而达到色散消除的效果；但在不同的通道传输是会造成不同程度的损耗，因此会对合成后的脉冲星信号形成造成；因此研发一种能够克服现有缺陷的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法，克服现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统，包括预处理前端和信号处理后端，所述预处理前端和所述信号处理后端之间设有混频装置；

所述预处理前端包括接收机装置、信号处理装置和信号通道；所述信号处理装置从所述接收机装置获得观测信号；所述处理装置与所述信号通道连接；多个所述信号通道之间设有平衡差分网络；所述信号通道与所述信号处理后端连接。

可选的，系统还包括时钟生成模块，所述时钟生成模块与所述信号处理装置电性连接。

可选的，系统还包括标准时钟模块，所述标准时钟模块分别与所述信号处理装置、所述接收机装置电性连接。

其优点在于，通过标准时钟提供的同步信号，提高了观测信号采样的准确性。

可选的，所述混频装置包括编码端和译码端，所述编码端设于所述信号处理装置上；所述译码端设于所述信号处理后端。

其优点在于，通过混频装置将观测信号和时钟信号进行叠加传输，提高系统的准确性。

可选的，所述信号通道为多个，多个所述信号通道具有相同或镜像对称的结构。

其优点在于，采用相同或镜像对称结构配合平衡差分网络，使得各个通道的信号的损耗率相同，避免因为各个通道的损耗率不同造成的各个频率段信号误差的产生，影响折叠后的观测信号的准确性。

可选的，所述信号处理后端包括数据交换器、数据分配器、数据处理器；所述信号接收端与信号通道连接；所述信号接收端通过所述译码端与所述数据分配器连接，所述数据处理器与所述数据分配器连接。

可选的，信号处理后端还包括存储装置，所述存储装置与所述数据处理器连接。

一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的方法，具体步骤为：

信号处理装置从接收机装置获取观测信号以及观测信号的发生周期，对所述观测信号进行处理，划分信号通道；

将划信号通道后的信号与时钟信息编码得到混频信号；

数据交换器获得混频信号后解码，得到划信号通道后的信号；

对划信号通道后的信号进行处理，按照所述观测信号的发生周期进行折叠，保存。

可选的，所述观测信号划分前进行傅里叶变换和Stokes参数计算。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法，通过混频装置将观测信号和时钟信号对应编码以及利用标准时钟模块的同步信号，极大地提高了观测信号的精度和准确性；通过平衡差分网络使得不同频段的观测信号的在传输过程中的损耗几近相同，使得折叠后的信号能够更加精确的反应观测信号的形状。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法，如图1附图所示其系统包括预处理前端和信号处理后端，预处理前端包括接收机装置和信号处理装置，信号处理装置为信号处理板，信号处理板上设有混频装置的编码端，并与多条信号通道连接，多条信号通道均采用相同或镜像结构，在多条信号通道之间设有平衡差分网络，每条信号通道内的参数值相同，每一条信号通道上设有相对独立的移相电路；每一波束分路信号可独立移相和增益控制；信号处理后端包括数据交换器、数据分配器、数据处理器；信号接收端与信号通道连接；信号接收端通过所述译码端与所述数据分配器连接，所述数据处理器与所述数据分配器连接；

系统还包括时钟生成模块和标准时钟模块，时钟生成模块为信号采集提供采样时钟，标准时钟模块采用原子钟，提供参考频率以及同步信号。

系统还包括存储装置，存储装置包括快速存储磁盘阵列、硬盘等固定或移动存储模块。

平衡差分网络可根据需要扩展为多信号源、多通道的信号的平衡的波束分离或合成多束平衡波束信号的；

平衡差分网络包括功分器和多条电路分路电路；各个通道内的分路电路为相同或镜像对称结构，任意两条分路电路通过差分连接线和巴伦与各自的移相电路连接。

一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统及方法，其方法具体步骤如图2附图所示：当接收到观测信号后，进行傅里叶变换和Stokes参数计算，将观测信号转换为频率信号，并将频率划分为多个频率信号段，将各个频率信号段和对应的采样时间编码形成混频信号，对混频信号进行过滤，滤除多余的信号，采用延时补偿的方法发送；各个通道中设有平衡差分网络，平衡差分网络使各个信号通道中的信号损耗系数相等，译码端从数据交换器获得混频信号，解码后经数据分配器分配至数据处理器对信号进行处理，将处理完成的信号按照观测信号的发生周期进行折叠，再变换至时域来获得脉冲星的轮廓。

由射电望远镜接收机系统输出的任意脉冲星观测信号，将脉冲星观测信号转换为数字信号，再经过降频后利用时钟生成模块提供的采样时钟，对脉冲星观测信号进行采样，对采样信号进行傅里叶变换和Stokes参数计算，获得频域信号以及通道个数；频域信号经平衡差分网络按照通道数将频率划分为不同的频率段信息，平衡差分网络通过功分器将频域信号划分成多路分路信号，对各个分路信号进行编码形成混频信号，通过多条分路电路传输，通过各个通道中差分连接线和巴伦，保证各个通道的信号损耗系数相等；将混频信号传输至数据交换器，译码端从数据交换器获得混频信号，解码后经数据分配器分配至数据处理器对信号进行处理，将处理完成的信号按照观测信号的发生周期进行折叠，再变换至时域来获得脉冲星的轮廓，保存至存储装置。

通过不同的通道传送至数据交换器，由于不同的频率到达的时间不同，因此不同的通道，出现脉冲的时间也并不相同，因此根据中心频率、信号的带宽以及星际介质色散量计算通道的延时补偿时间。

混频装置中的编码端根据mBnB编码规则对获取的多个通道数据与时钟生成模块依据标准时钟模块提供的同步信号生成的采样时钟进行编码，生成混频信号，传至数据交换器，经译码端解码为各个通道传输信号。

平衡差分网络利用各个通道内的相同或镜像对称结构，保证各个通道的传输消耗尽可能的相同，通过各个通道中差分连接线和巴伦，保证各个通道的信号损耗系数相等；其中各个差分连接线的特征阻抗相同。

移相电路包括串联的移相器和增益控制器。

镜像对称结构即为两条电路拓扑以及参数相同且相位相反。

信号处理板为高速信号处理板，可为RFSOC的FPGA开发板。

信号处理后端中数据处理器至少一条信号通道连接。

信号处理后端对脉冲星观测数据进行处理，处理时采用多处理器同时处理，由专用软件进行消干扰、消色散、折叠等后处理，并将处理后的数据存储在存储装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统，包括预处理前端和信号处理后端，其特征在于，所述预处理前端和所述信号处理后端之间设有混频装置；

所述预处理前端包括接收机装置、信号处理装置和信号通道；所述信号处理装置从所述接收机装置获得观测信号；所述信号处理装置与所述信号通道连接；多个所述信号通道之间设有平衡差分网络；所述信号通道与所述信号处理后端连接；

所述信号处理装置，用于将获得的观测信号转换为数字信号并进行降频处理；对降频后的数字信号进行采样，获得采样信号；对采样信号进行傅里叶变换和Stokes参数计算，获得频域信号以及通道个数；

所述平衡差分网络，用于根据通道个数将频域信号划分为多个频率信号段数据；

所述混频装置包括编码端和译码端，所述编码端利用mBnB编码规则将获取的多个频率信号段数据以及对应的采样时间进行编码，生成混频信号，并通过延时补偿的方法发送信号处理后端；

延时补偿的方法中根据中心频率、信号的带宽以及星际介质色散量计算各个通道的延时补偿时间；

所述信号处理后端包括数据交换器、数据分配器、数据处理器；所述数据交换器与信号通道连接；所述数据交换器通过译码端与所述数据分配器连接，所述数据处理器与所述数据分配器连接；

所述数据交换器，用于混频信号的中转；

所述数据分配器，用于将通过译码端解码的混频信号分配至所述数据处理器；

所述数据处理器，用于对分配的信号进行处理，将处理完成的信号按照观测信号的发生周期进行折叠，再变换至时域来获得脉冲星的轮廓，并进行保存。

2.根据权利要求1所述的一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统，其特征在于，系统还包括时钟生成模块，所述时钟生成模块与所述信号处理装置电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统，其特征在于，系统还包括标准时钟模块，所述标准时钟模块分别与所述信号处理装置、所述接收机装置电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统，其特征在于，所述信号通道为多个，多个所述信号通道具有相同或镜像对称的结构。

5.根据权利要求1所述的一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的系统，其特征在于，信号处理后端还包括存储装置，所述存储装置与所述数据处理器连接。

6.一种利用权利要求1所述的系统实现的提高PAF数据处理终端接收信息效率的方法，其特征在于，具体步骤为：

信号处理装置从接收机装置获取观测信号以及观测信号的发生周期，对所述观测信号进行处理，划分信号通道；

将划分信号通道后的信号与时钟信息编码得到混频信号；

数据交换器获得混频信号后解码，得到划分信号通道后的信号；

对划分信号通道后的信号进行处理，按照所述观测信号的发生周期进行折叠，保存。

7.根据权利要求6所述的一种提高PAF数据处理终端接收信息效率的方法，其特征在于，所述观测信号划分前进行傅里叶变换和Stokes参数计算。

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