[发明专利]太阳射电观测系统多通道变频的数据补偿系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的太阳射电观测系统多通道变频的数据补偿系统及方法，接收变频卡各通道的数据，并转换成数字数据；分别将每个通道的数字数据进行FFT运算，得到每个通道的频域数据；测量变频卡的各通道之间的幅频特性和相频特性的误差，计算每个频点的修正系数；利用修正系数对每个通道的各频点数据进行修正。本发明通过测量混频器各通道的幅频特性、相频特性的差异，FPGA将各频点的幅频和相频特性进行补偿，各通道的幅频特性和相频特性的非一致误差减小，在计算机上将各频点的幅频特性补偿为理想一致的曲线，提高太阳射电观测系统的测量准确性。

技术领域

本发明涉及数据补偿领域，具体涉及一种基于FPGA的太阳射电观测系统多通道变频的数据补偿系统及方法。

背景技术

太阳射电辐射波长通常在分米-十米波段(频率MHz～GHz)。分米-十米波频段的太阳射电辐射的特点为高动态范围、信号随太阳活动随机会爆发出现，并在频谱上有着丰富的形态表现。有关信号均源自太阳活动所加速的高能电子，辐射机制有等离子体辐射、轫致、迴旋和脉泽辐射等机制，与耀斑-重联或日冕物质抛射-激波过程有关。国内、外建设了大量的观测站对太阳射电进行观测，图 1统计部分低频段观测站情况。

日本Tohoku大学于2010年研发的AMATERAS(Iwai et al.,2012)。 AMATERAS观测的频率范围为150-500MHz，时间和频率分辨率高达10ms和 61kHz，左右旋偏振信号。接收机将100-500MHz的左旋射电信号，用1050MHz 本振，由混频电路调整到550-950MHz，与右旋信号100-500MHz合成一路信号，使用一路AD进行数字化，得到太阳射电频谱。

中国科学院云南天文台，2011年采样11m抛物面天线建设太阳米波射电接收系统，接收频率范围：70-700MHz，频率分辨率200KHz，时间分辨率最高为 2ms。接收机利用采样率为210Msps的AD9430进行AD转换，频谱仪单通道模拟信号带宽87.5MHz，8个通道700MHz带宽，每个信道前端采样低噪声放大器和滤波器对信号进行调理，然后通过2次变频后将信号调制到所需要的中频信号110-197.5MHz，共采用16个混频电路进行信号处理。

美国2004年建成的GBSRBS观测站，观测频率范围从10MHz到3000MHz，分为3个接收机来实现，10-80MHz采样LPDA天线；80-850MHz采用7米抛物面天线；800-3000MHz频段采用3米抛物面天线。这些接收机都需要变频部分，实现频率变换到ADC带宽范围内进行采集。

作者Du Q F采用2路1.25Gsps采样率、12bitADC采集卡，模拟带宽500MHz，实现对150-500MHz太阳射电信号观测频谱仪，不需要混频器，由于采用周期定量采集数据，造成高时间分辨率时，灵敏度降低。为此，作者Du Q F又设计一款更高指标太阳射电接收机，采用4路采样率为500Msps、14bitADC转换器，接收150-500MHz的2路太阳射电信号。每路信号分成150-325MHz和 325-500MHz两段，即350M带宽分为两个175M子信道。为了避免2倍频干扰和频段叠加干扰，通过变率卡把两个子信道搬移至875M中频，然后送至ADC 进行采集，抛物面天线信号流程框图如2所示，天线输出水平和垂直两路信号，分别经过低噪声放大器放大、滤波电路调理后，由混频电路卡电路将各路信号搬移到787.5-962.5MHz的中频段，分别由ADC转换成数字信号，再由FPGA 进行FFT运算，频域内进行极化合成左旋和右旋，以及其他处理。