超宽带超高分辨率太阳射电频谱仪的研发

作者：郭少杰; 沈发新; 高冠男; 董亮; 汪敏

来源：天文研究与技术, 2023, 20(06): 518-526.

DOI：10.14005/j.cnki.issn1672-7673.20230512.006

• 频谱仪
• 超宽带
• 高分辨率
• 快速傅里叶变换

为完成对太阳射电爆发15 MHz～15 GHz频谱的监测，云南天文台研发4套太阳射电频谱仪，频率覆盖范围依次为15～80 MHz, 100～750 MHz, 600～4 200 MHz和4～15 GHz,分别称为十米波、米波、分米波和厘米波太阳射电频谱仪。十米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为7.6 kHz和1 ms;米波段和分米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为9.5 kHz和10 ms;厘米波段太阳射电频谱仪的谱分辨率和时间分辨率分别为76 kHz和10 ms。每套设备包括天线系统、接收机和数字频谱仪。为实现超高谱分辨率，需要的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)点数最高达到262 144,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)上，通过一个FFT IP核(Intellectual Property Core)不能实现如此高点数的快速傅里叶变换运算。对于大点数的快速傅里叶变换，需要对数据行列分解后做并行处理，从而将其转化为两个小点数的快速傅里叶变换。通过对并行算法的研究，使用Matlab对该算法进行仿真，并应用在数字频谱仪上。数字频谱仪测试结果与仿真结果具备良好的一致性，表明该算法在数字频谱仪上的成功应用。主要介绍太阳射电频谱仪的组成和基于现场可编程门阵列实现超高谱分辨率的方法。

• 单位
  中国科学院云南天文台; 中国科学院大学