[实用新型]一种基于欠采样的射电天文宽带辐射计系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于欠采样的射电天文宽带辐射计系统，是射电天文观测装置新结构技术领域。

技术背景

射电天文辐射计的基本原理是：检测某一频带内信号总功率的变化，实现对目标射电源的流量监测。根据灵敏度与观测带宽之间的关系：

辐射计能检测到的最小射电流量S_min与积分时间t和输入信号带宽B成反比。拥有更宽的输入信号带宽和更长的积分时间，则辐射计检测微弱信号的能力将更强。

目前传统的射电天文辐射计时基于检波二极管的，检波二极管通过其载流子与输入信号功率之间的对应关系，输出的直流电压与输入信号的总功率呈线性关系，由此来确定输入宽带信号的总功率大小。

检波二极管的检波方式存在几点问题：1.载流子易受到自然因素的影响，其输出直流电压的不能准确反应输入功率信息，这是模拟器件的“通病”；2.这种检波方式是全通带内检波的，将整个输入信号进行平方检波运算，此时整个通带内的无线电干扰信号也被检测输出，在检测微弱信号的条件下，无法从强大的无线电干扰信号中区分射电源的流量变化。

通过ADC的宽输入带宽在较低的采样率条件下实现对ADC全输入带宽内信号的采样称之为欠采样，欠采样实现了在低采样率条件下对宽输入信号的采集，且全部保留了原始的时域信号，为后一步滤波、降噪处理提供了方便。

本实用新型就是基于ADC的欠采样原理，充分利用了ADC的宽输入带宽，达到射电天文辐射计所需的宽输入特点，另外在数字检波之前，在时域中处理干扰信号，减轻了无线电干扰对最后数据的影响，同时数字滤波器具有的某些模拟滤波器不具备的特性，可以尽量保留观测频段，提高效率。

本实用新型的检波模块采用的与模拟器件完全不同方式，采用程序计算方式不会受到外界影响，具有极高的稳定性和可靠性。

发明内容

一种基于欠采样技术的射电天文宽带辐射计系统主要解决无线电干扰以及自然条件对检波精度的影响，力求检波数据稳定同时又力求宽输入带宽之间的矛盾。

一种基于欠采样的射电天文宽带辐射计系统，本实用新型特征在于：由前端抗干扰滤波器、宽输入ADC电路、数字信号处理器、数据处理计算机依序连接组成；其中数字信号处理器中由抑制干扰数字滤波器、数字检波模块、嵌入式处理器依序连接组成。

本实用新型利用某些ADC的宽输入特性，对宽输入的射电天文信号进行采集，另一方面由于这些ADC的采样率较低产生的数字速率较低，有利于后端数字信号处理器进行信号处理；

在数字处理器中能够对无线电干扰信号进行进一步滤波处理，利用数字滤波器较之优良的性能：更陡峭的本实用新型过渡带宽度和更平坦的通带，能够很好的滤除无线电干扰，较多的保留有效信号；

本实用新型利用数字检波的方法获得输入信号的功率值，通过嵌入数字信号处理器的检波模块进行计算，由于计算公式不变，为此较之于检波二极管其稳定性更好，不受外界自然条件影响；

本实用新型利用高速记录在数据处理计算机中的原始功率信号，根据不同的观测需要的时间分辨率设置不同的积分时间，达到适合多种观测的目的。

奈奎斯特第二定理表明采样率小于奈奎斯特率也能完整采集和恢复信号：

f_sample=2(f_H-f_L)(1+M/N)=2B(1+M/N)            (1)

其中B=f_H-f_L为带通信号的带宽；N为不超过f_H/(f_H-f_L)的最大正整数；M=[f_H/(f_H-f_L)]-N。为此当采样率满足公式(1)时，可以用较低的速率采集较高频率的带通信号。进而在低速率条件下可以实现对宽带数据的完全采集和恢复，如图3所示。

其具体实现方法如下：

1．在宽带宽内有强干扰存在的情况下输入信号很容易造成ADC的饱和。因此必须通过前端建立抗干扰滤波器的办法予以先期抑制。根据观测带内的强无线电干扰情况，设计滤波器的通带过渡带和阻带的抑制度；

2．采用宽输入带宽（Bw1，一般为几百MHz到几GHz）、低采样率ADC实现对整个频带内输入信号的采集，相当于使整个系统实现了一个带宽为BW1的检波二极管；