基于FPGA组的射电望远镜后端超宽带信号处理技术研究

超宽带接收是提高射电天文观测接收灵敏度的有效方法。超宽带后端设备的研究和开发涉及高速模数转换技术、宽带数字信号传输技术、高速实时信号处理技术和海量数据存储技术。目前，4Gsps高速模数转换技术己有突破，而高速模数转换后生成的多bit宽带数字信号传输和复杂算法实时高速信号处理仍是实现超宽带后端的瓶颈。近年来由超宽带接收引入的数字化RFI消除技术、基于FPGA的高速并行算法等新技术，已是射电天文技术研究的热点。本申请拟建设一个小型化、低功耗开发测试平台；开展4Gsps及以上的射电天文观测信号的传输和实时处理研究；研究针对不同特性RFI的超宽带数字化处理方法；开展应用目标为连续谱观测、脉冲星相干消色散处理等运用复杂算法的高速实时信号超宽带信号处理技术研究；进行相应的天文观测验证。本项目小型化、低功耗的处理平台和算法将为我国大射电望远镜后端和多波束系统的超宽带数字化处理积累经验。

超宽带后端设备的研究和开发涉及高速模数转换技术、宽带数字信号传输技术、高速实时信号处理技术和海量数据存储技术。本项目旨在开展“基于FPGA组的射电望远镜后端超宽带信号处理技术研究”，在宽带数字信号传输、高速实时信号处理技术研究方面有所突破，并搭建实验平台，验证算法和系统。项目组已研制成基于1Gsps和5Gsps的模数转换板卡，基于Xilinx Kintex 7 系列FPGA芯片（XC7K480t等）的信号处理板，其中１Gsps＋XC7K480t(2片)板卡已成功应用于VLBI观测系统。.并行算法和多芯片同步工作是提高运算速度和扩展观测带宽的有效途径。本项目完成了10Gbps 以太网核的研发，以实现板卡间高速数据交换；运用PFB、FFT等时域和频域信号处理模块和同步控制逻辑，构建天文信号并行处理系统，实现天文信号的实时、高速、宽带处理。项目组在CASPER 平台的基础上进行升级改造，使其主要信号处理的IP库可以运行于Xilinx Kintex 7系列的新型FPGA芯片；尝试构建系统级射电天文信号高速实时信号处理IP库，为今后进行高效FPGA固件开发做技术储备。