基于FPGA实现低频天线阵波束合成关键技术的研究

Low-frequency is an important observing band and researchful window, while it needs large number of antennas to construct antenna array for observing for acquiring an acceptable level of sensitivity and spatial resolution. Synthesis of beam is one of key technology for constructing an antenna array. . The content of project is studying the synthesis of beam base on FPGA in low frequency antenna array. It contains digital synthesis of the beam and real-time tracking radio source. Researching the relation between coordinate of source and the FIFO length and the coefficient of FIR filter , and though give these parameters to FIFO and FIR filter to finish the beam forming; Calculating the parameters of FIFO and FIR filter at different time and giving these parameters to them to track the radio source.

低频射电天文观测是天文学上的一个非常重要的观测频段和研究窗口，而在此频段要想获得天文需要的灵敏度和空间分辨率，需要通过大数量天线构建天线阵的方式进行观测。天线阵的波束合成是构建低频天线阵的关键技术之一。. 项目内容是基于FPGA的低频天线阵波束合成问题，主要包括数字波束合成及对射电源的实时跟踪。通过研究源的坐标与FPGA上的实现的FIFO长度和FIR滤波器系数之间的对应关系，并通过对FIFO和FIR滤波器的赋值完成波束合成；根据源的运动轨迹，计算得到不同时刻的FIFO长度和FIR滤波器系数，重新给它们赋值，完成射电源的实时跟踪。

射电观测进入全波段观测时代，从空间的超长波段，到地基的低频段、微波段、红外、可见光，再到空间的紫外及高能波段。其中地基的低频段观测是一个非常重要的研究窗口。该项目通过波束合成算法的研究，研究FIFO+FIR分别完成整数周期和分数周期时间延迟补偿后再相加的方法完成波束合成。在FPGA上完成波束合成器的研发。并开发上位机软件，完成对FIFO模块和FIR模块的参数配置，从而实现波束合成。与之前已经研发完成的低频天线和模拟接收机，最终完成低频阵的实地安装组建。利用无人机对低频阵的波束进行测量，得到的波束合成效果比较理想。目前该低频阵已经实现对太阳的射电观测。