一种基于FPGA的脉冲星信号消色散仪
专利汇可以提供一种基于FPGA的脉冲星信号消色散仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于FPGA的脉冲星 信号 消色散仪，主要解决现有的消色散技术无法实时地对脉冲星观测信号进行消色散的问题。该发明主要包括消色散 算法 硬件 实现 电路 和辅助计算机。辅助计算机根据用户 选定 的脉冲星，计算它在各观测频带的时延量，发送至消色散算法 硬件实现 电路。消色散算法硬件实现电路根据辅助计算机的设置，对接收到的未消色散的脉冲星射 电信号 进行消色散，并将消色散后的脉冲星信号发送出去。本发明实时性好，方便灵活，适用范围广，实现简单，成本低，可用于对射电 天文望远镜 观测得到的脉冲星信号进行实时的消色散。，下面是一种基于FPGA的脉冲星信号消色散仪专利的具体信息内容。
1.一种基于FPGA的脉冲星信号消色散仪，包括消色散算法硬件实现电路和辅助计算机，其特征在于：所述的消色散算法硬件实现电路，用于接收未消色散的射电脉冲星观测信号，并根据辅助计算机发送来的各观测频带的时延量，对观测信号进行消色散，然后将消色散后的脉冲星信号发送出去；所述的辅助计算机，用于根据用户设置的脉冲星类型，计算各观测频带的时延量，发送至消色散算法硬件实现电路。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的脉冲星信号消色散仪，其特征在于：所述的辅助计算机内装有人机交互界面、脉冲星特征参数数据库和时延量计算单元，用户通过人机交互界面设置脉冲星类型，辅助计算机通过用户所设置的脉冲星类型查找脉冲星特征参数数据库，从中提取有用信息用于计算脉冲星信号各观测频带的时延量。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的脉冲星信号消色散仪，其特征在于：所述的消色散算法硬件实现电路，包括信号输入接口、时延量设置接口、FPGA芯片和信号输出接口，其中FPGA芯片包括：
输入接口单元，用于接收信号输入接口接收到的射电脉冲星数据，进行缓冲和格式转换后，将其发送至信号时延单元中；
时延设置单元，用于接收辅助计算机对射电脉冲星信号非相干消色散系统的时延设置，并利用该设置信息对信号时延单元进行设置；
信号时延单元，用于根据时延设置单元的设置信息，对输入接口单元送来的数据进行时间延迟，并将延迟后的数据发送至信号叠加单元；
信号叠加单元，用于将信号时延单元发送来的信号叠加起来，然后发送至输出接口单元；
输出接口单元，用于利用信号输出接口，将从信号叠加单元接收到的数据发送至信号输出接口。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的脉冲星信号消色散仪，其特征在于：所述的输入接口单元将接收到的射电脉冲星数据按位分为512路，发送给信号时延单元。
5.根据权利要求3所述的基于FPGA的脉冲星信号消色散仪，其特征在于：所述的信号时延单元分为512路时延通道，分别接收输入接口单元发送来的512路射电脉冲星数据。
6.根据权利要求3所述的基于FPGA的脉冲星信号消色散仪，其特征在于：所述的信号叠加单元将信号时延单元发送来的512路信号相加，成为9位信号发送至输出接口单元。
技术领域
本发明属于信号处理领域，涉及一种信号处理设备，具体涉及一种脉冲星信号消色散仪。
技术背景
脉冲星是一种具有超高压、超强磁场、超高温、高速自转、高稳周期等极端物理特性的中子星，可以达到地面实验室中无法达到的条件，被称为极端条件下的太空实验室。因此，脉冲星是检验并提高人们在基础物理方面认识的重要途径。例如，1974年，Hulse和Taylor通过对脉冲星信号连续多年的观测和分析，间接验证了广义相对论，获得了诺贝尔物理学奖。但是，脉冲星信号经过宇宙空间时，由于星际介质的影响，不同频率的信号传输速率不同，导致不同频率的脉冲星信号到达地球的时间不同，从而形成色散效应。为了通过地面射电望远镜的观测研究脉冲星，必须对脉冲星观测信号进行消色散处理。
目前，广泛采用的消色散技术为相干消色散技术。相干消色散将有色散效应的脉冲星信号变换的频域上，然后乘以色散效应的逆传递函数，最后变换回时域信号即可得到消色散后的结果。该技术可以完全消除脉冲星信号的色散效应，但是运算量较大，无法对脉冲星观测信号进行实时的消色散。
发明内容
为实现上述目的，本发明的脉冲星信号消色散仪，包括消色散算法硬件实现电路和辅助计算机，所述的消色散算法硬件实现电路，用于接收未消色散的射电脉冲星观测信号，并根据辅助计算机发送来的各观测频带的时延量，对观测信号进行消色散，然后将消色散后的脉冲星信号发送出去；所述的辅助计算机，用于根据用户设置的脉冲星类型，计算各观测频带的时延量，发送至消色散算法硬件实现电路。
所述的辅助计算机内装有人机交互界面、脉冲星特征参数数据库和时延量计算单元，用户通过人机交互界面设置脉冲星类型，辅助计算机通过用户所设置的脉冲星类型查找脉冲星特征参数数据库，从中提取有用信息用于计算脉冲星信号各观测频带的时延量。
所述的消色散算法硬件实现电路，包括信号输入接口、时延量设置接口、FPGA芯片和信号输出接口，其中FPGA芯片包括：
输入接口单元，用于接收信号输入接口接收到的射电脉冲星数据，进行缓冲和格式转换后，将其发送至信号时延单元中；
时延设置单元，用于接收辅助计算机对射电脉冲星信号非相干消色散系统的时延设置，并利用该设置信息对信号时延单元进行设置；
信号时延单元，用于根据时延设置单元的设置信息，对输入接口单元送来的数据进行时间延迟，并将延迟后的数据发送至信号叠加单元；
信号叠加单元，用于将信号时延单元发送来的信号叠加起来，然后发送至输出接口单元；
输出接口单元，用于利用信号输出接口，将从信号叠加单元接收到的数据发送至信号输出接口。
所述的输入接口单元将接收到的射电脉冲星数据按位分为512路，发送给信号时延单元。
所述的信号时延单元分为512路时延通道，分别接收输入接口单元发送来的512路射电脉冲星数据。
所述的信号叠加单元将信号时延单元发送来的512路信号相加，成为9位信号发送至输出接口单元。
本发明与现有的脉冲星信号消色散算法相比具有的优点为：
1.由于采用FPGA实现消色散算法，故实时性强，可以对高速采样的脉冲星信号进行实时的消色散处理。
2.由于采用辅助计算机设置各频带的时延量，故与同类设备相比，具有灵活方便，适用范围广，实现简单，成本低的优点。
附图说明
图1是本发明系统框图；
图2是本发明FPGA内部实现的整体结构示意图。
具体实施方式
辅助计算机采用PC104，但并不局限于PC104。操作系统采用Linux FedoraCore 7.0。辅助计算机内装有人机交互界面、脉冲星特征参数数据库和时延量计算单元。人机交互界面的开发采用Linux Fedora Core 7.0开发环境。用户通过人机交互界面设置脉冲星类型，计算机通过用户所设置的脉冲星类型查找脉冲星特征参数数据库，从中提取有用信息用于计算脉冲星信号各观测频带的时延量。脉冲星特征参数数据库取自澳大利亚Parks射电天文台脉冲星特征参数数据库，主要包括以下参数：脉冲星名称、位置、脉冲周期、脉冲辐射能谱和流强、色散量等。时延量计算单元，根据脉冲星特征参数数据库中的脉冲星色散量，计算各观测频带的时延量。各观测频带的时延量按照如下公式计算：
式中，B观测频带的带宽，f0为观测频带的中心频率，DM为色散量。辅助计算机通过上式计算该脉冲星的观测信号在各频段的时延量，将数据打包后，通过串口发送至消色散板，但并不局限于串口。
消色散算法硬件实现电路用于接收未消色散的射电脉冲星观测信号，并根据辅助计算机发送来的各观测频带的时延量，对观测信号进行消色散，然后将消色散后的脉冲星信号发送出去。消色散算法硬件实现电路包括信号输入接口、时延量设置接口、FPGA芯片和信号输出接口。信号的输入、输出采用USB总线实现，但并不局限于USB总线。数据输入和输出端口采用的接口芯片的型号为：CY7C68013。设置端口采用串口实现，采用的芯片型号为MAX2323。FPGA芯片采用Spartan3系列型号为XC3S2000的FPGA，但不局限于该型号。
参照图2，本发明中FPGA芯片的内部实现包括输入接口单元、时延设置单元、信号时延单元、信号叠加单元和输出接口单元。
输入接口单元，用于接收未消色散的射电脉冲星数据，将接收到的数据存入FIFO中。当FIFO中的数据长度大于64字节时，将FIFO中底层的64字节分为512个比特，分别发送至信号时延单元中的512个通道中。FIFO采用Xilinx公司提供的IP核FIFO Generator v3.2实现，但并不局限于该方法。
时延设置单元，用于通过串口接收辅助计算机对各个频带时延量的设置，并利用该设置信息对信号时延单元进行设置。上位机通过连续发送一帧数据来设置各通道的时延量，首先发送帧头，然后依次发送各通道的通道号和时延量，最后发送帧尾。
信号时延单元，用于根据时延设置单元的设置信息，对输入接口单元送来的数据进行时间延迟，并将延迟后的数据发送至信号叠加单元。可变长时延通过Xilinx Spartan3系列FPGA XC3S2000中的IP核：RAM-Based Shift Register v9.0来实现。在本发明中，移位寄存器的输入、输出的数据宽度设为1位，移位量由时延设置单元设置。
信号叠加单元，用于将信号时延模块发送来的信号叠加起来，然后发送至输入接口单元。在FPGA中利用512路输入的加法器实现该功能。
输出接口单元，用于将从信号叠加模块接收到的数据发送出去，采用并行端口进行。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统及方法 | 2020-05-19 | 629 |
| 基于捷变收发器的射电天文窄带谱线观测平台 | 2020-05-22 | 677 |
| 65米射电望远镜主反射面的主动控制系统 | 2020-05-18 | 966 |
| 大射电天文望远镜共驱动并联阵列机构 | 2020-05-13 | 569 |
| 射电天文望远镜前端中频接收系统 | 2020-05-11 | 574 |
| 一种天文望远镜用索驱动系统 | 2020-05-27 | 769 |
| 大型射电天文望远镜馈源定位平台自平衡机构 | 2020-05-14 | 444 |
| 一种快速射电暴实时搜寻方法 | 2020-05-18 | 610 |
| 一种快速测量射电望远镜反射面精度的方法 | 2020-05-20 | 175 |
| 一种大射电天文望远镜下拉索驱动装置快速更换机构 | 2020-05-17 | 401 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
