基于FPGA的脉冲星非相干消色散系统的研制

脉冲星是天文研究的重要方面。脉冲星研究的发展，对于观测设备提出了新的要求。数字化脉冲星终端是目前脉冲星终端的发展趋势，国际上已经开始进行数字化脉冲星 终端的研制。数字化脉冲星终端的研究和开发涉及数字信号处理、以及海量数据传输存储 技术等方面。目前，GHz级的高速模数转换技术已经比较成熟，高速实时信号处理技术有所突破，但在国内，将数字化电路应用于全数字化脉冲星终端仍处于探索阶段。本申请拟研制一个基于FPGA的全数字化脉冲星非相干消色散系统，研究数字信号的宽 带下变频、宽带信号的子通道划分，并对基于FPGA的非相干消色散算法进行研究。开展实 时或准实时的脉冲星观测，并对观测中的干扰进行观测。本申请对全数字化脉冲星终端的研究，以及基于FPGA的非相干消色散算法，将为我国大型射电望远镜的脉冲星后端的研制积累经验。

本项目着眼于数字化脉冲星观测系统的组成和建立，致力于脉冲星信号处理方法和数据处理流程的研究，以及数字化脉冲星接收机的研制。在对国际上先进的数字化脉冲星接收机进行研究的基础上，结合国内DBBC 天文硬件平台，实现了脉冲星非相干消色散终端，并在天文观测中进行应用。同时，在对国际上较为流行的脉冲星数据处理软件和数据格式进行深入研究的基础上，提出并建立了一套脉冲星数据处理流程，并成功用于对观测数据的处理。. 针对脉冲星信号的特点和脉冲星观测中信号处理需求，结合基于FPGA 的数字化天文终端的发展情况，在上海天文台开发的DBBC 平台上研制出非相干消色散终端。该平台的终端具备最大1024MHz 观测带宽，频率分辨率为1MHz，提供1ms 和10us 两种时间分辨率。. 为便于处理脉冲星终端获得的数据并实现数据处理的规范化，本研究采用了国际上较为流行的脉冲星数据处理软件和数据格式。对SIGPROC 和PSRCHIVE 两种脉冲星数据处理软件进行了深入研究，在综合考察了多种脉冲星数据格式后，选定SIGPROC Filterbank 格式和PSRFITS 作为两种基本格式。对此两种格式进行了深入研究，结合Matlab、CFITSIO和pFITS 等工具，实现了对两种格式的读写操作，并实现将自定义数据转换为此两种格式。在此工作基础上，提出并实现了一套完整的脉冲星数据处理流程，可用于观测已知脉冲星和脉冲星搜寻。. 在昆明40 天线对毫秒脉冲星PSR J0437-4715 在10us 时间分辨率模式下进行了多次观测，获得了平均轮廓，表明该终端具备毫秒脉冲星观测能力。