[发明专利]百万通道频谱仪的频点输出信号失真恢复方法

说明书

本发明公开了一种百万通道频谱仪的频点输出信号失真恢复方法，具体为：1）搭建二维级联式FFT运算模块，分析获得频谱泄漏的频点上能量的分配比；2）通过信号相邻通道内泄漏信号叠加方式对输出信号通道进行信号还原。本发明弥补了级联FFT算法存在天生的不足，提供一种实用的方法来进行信号的恢复，使得该算法在输出频谱时是可行的。

技术领域

本发明涉及百万通道频谱仪领域，尤其是一种应用于ＦＡＳＴ的百万通道频谱仪的二维级联FFT（Fast Fourier Transform）输出频点信号失真的恢复方法。

背景技术

接收机系统是射电望远镜的重要组成部分，是决定望远镜性能的关键因素。最近5年，超宽带技术有重要发展，世界各大射电望远镜都在建造或考虑建造超宽带接收机。我国500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radioTelescope,简称FAST ）将于2016年投入使用，届时是已知的70 MHz和3 GHz之间的低频无线电波段中灵敏度最高的单天线射电望远镜。为了使其能够充分发挥其口径大的性能，确保望远镜在世界上的领先，我国自主研发世界一流的超宽带通用型数字后端(ChinaReconfigurable Analog-Digital backend,简称CRANE)。宽带接收机研制出之后不仅可以直接应用于FAST，而且还用于中国的其他射电望远镜，如上海65 米，新疆110米等。

目前，在整个CRANE开发中，硬件部分――通过与中国科学院自动化研究所的合作，不仅开发了现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）运算板FDB（FAST Digital Backend），还开发了3Gsps，12bit的宽带高精度模数转换电路板（ADC）芯片（简称FAST3212ADC），并用此实现3GHz带宽的一次性覆盖。此超宽带通用型数字后端同时也包括开发模拟信号前端电路板（Analog Front-end Board，简称AFB）。固件部分，用基于FPGA运算板的多种信号处理算法来实现FDB对于数字信号处理的通用性。在射电望远镜频谱仪中，如果想要获得更高的频谱分辨率，就尽可能的提高 FFT 通道数。现有通用的CASPER组 FFT通道数较少，处理速度不够快，若应用在FDB上，无法充分利用 FAST 所提供的超高性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种百万通道频谱仪的频点输出信号失真恢复方法，具体为：

1）搭建二维级联式FFT运算模块，分析获得频谱泄漏的频点上能量的分配比；

2）通过信号相邻通道内泄漏信号叠加方式对输出信号通道进行信号还原。

进一步，搭建所述二维级联式FFT运算模块，具体为：通过级联两个小点数的FFT来进行实现大点数的FFT，通过直接搭载两片Virtex-6芯片来满足运算要求，每一块芯片分别加载一个子FFT运算单元。

进一步，所述频谱泄漏的频点上能量分配比的分析方法为：向二维级联FFT运算模块中输入单频率原始信号，经过处理，得到失真的信号频率，绘制该失真信号频谱图，得到频谱泄漏后各频点通道内的能量分配情况。

进一步，所述步骤2）具体为：

A）确定能量泄漏在所需频点周围的分配比例，从而确定叠加通道数；

B）将泄漏到临近各个通道频率处的线谱相加，左右各5个通道进行第一次相加；

C）若得到的频率能量不能够增加3dB以上，则再分别在左右增加5个通道进行叠加；

D）直至得到的频率能量增加值为大于等于3dB，从而恢复该频率点处真实的信号能量值。

本发明弥补了级联FFT算法存在天生的不足，提供一种实用的方法来进行信号的恢复，使得该算法在输出频谱时是可行的。