發(fā)布時間：2017-11-16 09:23

  本文關(guān)鍵詞：太陽射電接收機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：太陽爆發(fā)時,可引起射電輻射能量強(qiáng)度劇增,稱之為太陽射電暴。強(qiáng)烈的太陽射電暴會影響大氣電離層狀態(tài)、通訊和導(dǎo)航等。研究太陽射電暴不但可以理解、診斷相關(guān)等離子體物理過程,而且可以了解爆發(fā)過程中的能量釋放與轉(zhuǎn)變機(jī)制、質(zhì)運(yùn)動等重要內(nèi)容。因此,對射電暴及其精細(xì)結(jié)構(gòu)的有效觀測及長時間監(jiān)測具有非常重要的科學(xué)研究價值,并且有助于更好地開展空間天氣業(yè)務(wù)。太陽射電接收機(jī)是接收并研究太陽射電暴信息的重要工具,可以為射電基礎(chǔ)研究提供數(shù)據(jù)積累和監(jiān)測。國內(nèi)外專門用于太陽射電觀測需求的接收機(jī)比較少,同時結(jié)合項目組的實(shí)際觀測需求,故開展太陽射電接收機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)課題。本文通過大量的文獻(xiàn)以及現(xiàn)有觀測臺站頻譜儀的研究,結(jié)合目前先進(jìn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品,采用了高速數(shù)據(jù)采集卡+高性能計算機(jī)的方案。該方案是全數(shù)字設(shè)計,具有體積小、集成度高、可編程等特點(diǎn)。本文設(shè)計的太陽射電接收機(jī)系統(tǒng)主要是由高速數(shù)據(jù)采集卡、高性能計算機(jī)和高性能GPS同步時鐘三部分構(gòu)成。高速數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集樣點(diǎn)并做預(yù)處理,然后將其通過PCIe上傳到計算機(jī)。高性能計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲及頻譜分析,然后以頻譜圖、強(qiáng)度圖等多種形式顯示。高性能GPS同步時鐘與FPGA內(nèi)部設(shè)計的相對時間戳配合使用,以記錄數(shù)據(jù)包的絕對時間,便于后續(xù)研究人員查看數(shù)據(jù)并研究。本文根據(jù)項目組對150M-480MHz段太陽射電精細(xì)結(jié)構(gòu)研究的需求,設(shè)計了太陽射電接收機(jī)。本文完成的主要工作包括：在FPGA內(nèi)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了“功率閾值判別上傳”功能,當(dāng)功率和大于閾值即發(fā)生爆發(fā)時,數(shù)據(jù)每隔Tms上傳一次。當(dāng)功率和小于等于閾值即未發(fā)生爆發(fā)時,數(shù)據(jù)每隔Tmin上傳一次。同時,設(shè)計了相對時間戳,配合GPS同步時鐘使用,可以得到絕對時間戳,來記錄數(shù)據(jù)的時間。同時,在廠商PCIe-DMA的基礎(chǔ)上,設(shè)計了鏈表式PCIe-DMA的上行方式,節(jié)省了部分配置時間,使PCIe-DMA的速度得到了進(jìn)一步的提升；設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收及保存程序和頻譜分析程序。在VS2012平臺下編寫了數(shù)據(jù)接收和保存程序,完成了觀測數(shù)據(jù)接收與保存。利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和可視化操作能力實(shí)現(xiàn)了頻譜分析,并利用GUI控件編寫了顯示界面,實(shí)現(xiàn)了頻譜圖、強(qiáng)度圖、三維立體圖顯示；利用現(xiàn)有的條件,完成了接收機(jī)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的調(diào)試工作,并取得較好的測試結(jié)果。該接收機(jī)目前可以實(shí)現(xiàn)時間分辨率10ms、頻率分辨率32KHz的太陽射電觀測。通過調(diào)試及測試,本論文的設(shè)計方案滿足項目組現(xiàn)階段的初步觀測需求。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH753.1

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本文編號：1191887