数学执车与度用
应用研究
射电望远镜接收机的时间同步与数据传输
俞欣颖12张夏2段然2李药2张荣芬1
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摘要:接收机系统是射电望远统的重要组成部分，是决定射电望远镜性能的关键因素之一。接收机的设计需要前后仪器及模拟和数字系统之间精确的同步，准确的时间截对天文观测，以及接妆机系统的稳定性部具有重要的影响，射电望运镜实时数据量大,高速数据传输是接妆机重要环节，数据传输率在理想情况下可达到9.5Gbp。本研究主要包括时间截的建立与系统同步,数据打包与高造传输。本文研究内容作为接收机的重要组成部分,是实现高性能接收机必不可少的工作，并且具有广泛的通用性，为其他望远镜的研究提供参考，节省望远镜开发的人力物力成本，
关键词接收机同步时间载高速传输
中图分类号：TP274 1引言
文献标识码：A
我们对宇宙的所有认识几乎都来自于观测者接收到的电磁辐射，在数千年的时间里，人类的测量都被限制在可见光波段，直到战结束后，借助于新的接收机，人们才打开了地球大气的新窗口射电窗口"。随着我国射电天文学的发展，高灵敏度的射电望远镜成为射电观测的重要设备。例如我国正在建设中的500m口径球面射电望远镜(FAST)将成为世界上最大，最灵敏的单口径射电望远镜，它有望在中性氢巡视、脉冲星搜索，国际VLBI网联测及地外生命搜寻等重要前沿领域取得突破
。不同于光学望远镜，需要镜简、目
镜以及物镜，射电望远镜是由天线和接收系统组成的，天线接收面积越大，接收机的性能越好，望远镜的灵敏度就越高。接收机需要可靠地提取有用信息，输出到后端供科学分析，如1964年G0rd0n Pettengil1团队发现了水星的自转周期不是88天而是59天，1968年 Lovelace和其他天文学家发现了蟹状星云脉冲星的周期为33毫秒，成为第一个证明中子星存在的证据4，1972年Hulse和Taylor发现了脉冲双星PSRB1913+16，并因此获得了1982年的诺贝尔物理学奖等等，这些都是在Arecibo的ASP(Arecibo Signal Processor)接收机上产生的，在已有天线固定的情况下，接收机的指标决定着望远镜的指标，接收机的升级也是望远镜的升级，一个高性能接收机的升级换代，意味着更高的望远镜灵敏度，提供更多的可能等待人
类去发现和探索。 2研究内容
望远镜的接收系统从馈源开始输出，经多级放大器、衰减器、混频器和滤波器，高性能ADC模块采样量化编码，分为多通道送至 FPGA主控板，做并行FFT处理，存储到FPGA板上存储单元，存储单元采用两个缓冲模块(FIFO)交替存储。接收机整个系统内，1PPS 秒脉冲信号贯穿始终，GPS接收机接收的秒脉冲信号，在GPS端校准脉冲上升沿，输人FrequencyStandard仪器，调整并形成整齐的移
Frequency
GPS
收移日期：2015-11-18
Standard 数据头(16bit）
1PPs
小数秒计数器
文章编号:1007-9416(2016)01-0049-02
脉冲信号，经过ADC，FPGA板的同步信号端口，借助高速FPGA的自身稳定性，形成具有准确上升沿的同步时钟信号，达到模块之间的同步目的。时间系统选用UnixTimestamp网络时钟，提供可靠地绝对时间信息。精确的时钟信号的作用不仅可以实现整个系统的同步，还能为数据打包提供可靠的时闻截，为天文数据获取的时间提供参考，方便与望远镜的观测目志对接，明确望远镜工作时所扫描的天区，防止丢数、乱序等现象，
2.1时间截与系统同步
时间截的建立主要有GPS,FrequencyStandard仪器与网络时间UnixTimestamp构成，从GPS接收器得到1PPS信号，送给Fre quencyStandard仪器(该仪器选择型号SRS-FS725)调整脉冲，得到严格的脉冲上升沿，同时在FPGA上的Linux系统里获取网络时间，触发FPGA上时间截程序，开始计时，当数据输出时就可得到稳定而且准确的时间截打包，采用MATLAB的Simulink软件对时间戳截仿真，其主要结构如图1所示，Unix时间就是我们当天实时时间，通过FPGA上一个精简Linux系统输入指令从网络获取，Unix Timestamp是从1970年1月1日(UTC/GMT的年夜开始所经过的秒数，如2015年5月20日20时20分20秒所对应的秒数为1432124420。 GPS产生的1PPS通知FPGA从网络上获取UnixTimestamp和启动小数秒的计数器。小数秒的计数器计算FPGA的时间周期，例如 FPGA的工作额率在200MHz，则时钟周期为5ns，当时钟周期的计数器计数达到1S，整鉴数秒的计数器加一，同时复位小数秒计数器，使其重新计数。整数秒计数器的值加上UnixTimestamp最新秒数，可获取最新整数秒数，同时获取小数秒计数值，并与整数秒求和，可获取每个数据包的最准确的时间截，精度可达纳秒级，FPGA的时钟是从ADC上获取的，因此可以保证ADC和FPGA的同步，
2.2数据打包
自定义打包格式，能有效提高天文数据的可读性，加强天文数据的准确性，在目前的接收机系统中是必不可少的一步设计，针对
小数
才
FPGA绩率 Internet
图1时间截
时间截(16bit）
据(50bit）
图2打包格式
整数移计数器 Unix Timestamp
作者简介：俞欣预(1991一),女，汉族,江苏扬州人,硕士研究生，电路与系统专业，
秒数秒
空信号(174bit）
时间