[发明专利]一种脉冲星信号消干扰装置、系统和方法

说明书

一种脉冲星信号消干扰装置、系统和方法，该装置包括FPGA模块、CPU模块和GPU模块，其中：FPGA模块，用于对脉冲星信号进行采样和预处理，将得到的脉冲星数字信号传输至CPU模块；CPU模块，用于对接收自FPGA模块的脉冲星数字信号进行存储和转发，将该脉冲星数字信号传输至GPU模块；GPU模块，用于对接收自GPU模块的脉冲星数字信号进行滤波和数据后处理，消除脉冲星信号中的干扰信号。本采用FPGA和GPU模块，利用了FPGA和GPU计算平台的优势，同时在CPU模块中设计共享内存环形缓冲区，实现了异构平台的高速数据传输和处理，优化CPU、GPU和FPGA平台的多任务分配，提高了干扰信号消除算法的灵活性及可扩展性。

技术领域

本发明涉及脉冲星信号处理领域，尤其涉及一种脉冲星信号消干扰装置、系统和方法。

背景技术

脉冲星是一种快速自转的中子星，20世纪天文学的四大发现之一。脉冲星具有非常高的密度和稳定的周期，它在绕自身旋转轴高速旋转的同时，电磁波沿磁极方向向外发射，当电磁波扫过地球时，地球上的射电望远镜会接收到周期性的脉冲信号。

脉冲星信号极其微弱，为了观测到清晰可见的脉冲轮廓需要使用高灵敏度的观测设备。由于射电望远镜灵敏度高、信号收集能力强，在接收到脉冲星信号的同时人类的通信活动和日常生活产生的干扰信号(Radio Frequency Interference，RFI)也被接收。这些RFI会降低观测数据质量甚至导致数据无效，将严重影响科学研究结果的准确性与有效性。RFI处理技术可以有效提高天文观测的灵敏度，提升观测系统的脉冲星识别和检测能力。近年来RFI环境走向越来越复杂的趋势，相关技术遇到极大挑战。现有的RFI处理技术具有如下缺陷：

(1)观测设备性能的提升迅速扩大了射电天文可观测天体信号的频率范围，随着观测带宽的不断增加，分辨率也越来越高，产生的数据量非常庞大，现有的RFI处理技术无法快速实时的处理海量脉冲星数据。例如，超宽带接收机、多波束接收机及PAF接收机等世界前沿的观测设备产生的数据量非常巨大，通常是TB量级的，这种大数据的实时干扰消除对RFI处理算法和相关技术提出了前所未有的挑战。

(2)现有技术的复杂强干扰抑制性能较差，例如4G信号、TV信号等RFI经常跟脉冲星信号混到一起，比较难以处理，现有的RFI消除方法总是产生数据带宽的损失或部分脉冲星数据的丢失，降低脉冲星信号信噪比及观测设备灵敏度，无法给科学家提供高质量的脉冲星观测数据。

(3)现有的消干扰技术都是非在线处理方式，首先把脉冲星数据记录磁盘，一般采用fits或filterbank格式，然后读取数据消除RFI，最后进行数据的后处理。这样的RFI处理方法运算效率相对较低，耗费时间更长，无法满足高速实时的脉冲星搜索需求，并且系统功耗及造价迅速上升。

因此，研发高速、实时的RFI处理系统和方法对脉冲星搜寻、观测和科学研究至关重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提出一种脉冲星信号消干扰装置、系统和方法，以解决脉冲星信号消干扰过程中数据处理能力低、实时性差、成本高的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例提供了一种脉冲星信号消干扰装置，该装置包括FPGA模块、CPU模块和GPU模块，其中：

FPGA模块，用于对脉冲星信号进行采样和预处理，将得到的脉冲星数字信号传输至CPU模块；

CPU模块，用于对接收自FPGA模块的脉冲星数字信号进行存储和转发，将该脉冲星数字信号传输至GPU模块；

GPU模块，用于对接收自GPU模块的脉冲星数字信号进行滤波和数据后处理，消除脉冲星信号中的干扰信号。

上述方案中，FPGA模块对脉冲星信号进行采样和预处理，包括：