Обзор современных цифровых систем преобразования и регистрации сигналов для РСДБ-радиотелескопов

Л. В. Федотов

Труды ИПА РАН, вып. 55, 24–35 (2020)

DOI: 10.32876/ApplAstron.55.24-35

Ключевые слова: радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами, системы преобразования сигналов, системы регистрации, аналого-цифровое преобразование, цифровая обработка сигналов, программируемые логические интегральные схемы

Аннотация

На современных радиотелескопах цифровые системы практически вытеснили аналоговую аппаратуру для преобразования и регистрации сигналов при радиоинтерферометрических наблюдениях. Однако обзорных статей по таким системам, как в нашей стране, так и за рубежом, очень мало. Зачастую скудные сведения о существующих и перспективных цифровых радиоастрономических системах разбросаны по различным публикациям, посвященным радиоастрономическим наблюдениям. Цель данной статьи — анализ современного состояния и перспектив развития отечественных и зарубежных цифровых систем для РСДБ-радиотелескопов, оценка уровня разработок в этой области и наиболее перспективных направлений совершенствования указанных систем. Проведен сравнительный анализ появившихся за последние годы в разных странах цифровых систем преобразования сигналов: R2DBE (США), DBBC3 (Европейский Союз), K6/GALAS (Япония), CDAS2 (Китай), KVN DAS (Южная Корея), ШСПС (широкополосная система преобразования сигналов) и МСПС (многофункциональная система преобразования сигналов) (Россия). Рассмотрены история развития, структурные схемы, параметры и особенности этих систем. Число каналов для цифровой обработки сигналов промежуточных частот в рассмотренных системах может варьироваться от 2 до 12. В каждом канале после аналого-цифрового преобразования сигналов формируются цифровые потоки, как правило, в формате VDIF (VLBI Data Interchange Format). Предусмотрено не только 2-битовое квантование сигналов, но и возможность увеличения числа бит на каждую выборку сигнала до 4, 8, 10 или 16. Для цифровой обработки сигналов во всех рассмотренных системах используются программируемые логические интегральные схемы, так как только они способны обеспечить указанную обработку в реальном времени. Большое значение имеет использование стандартного интерфейса Ethernet и высокоскоростных оптических линий для передачи цифровых потоков в аппаратуру регистрации данных, которая на современных радиотелескопах строится на основе высокопроизводительных коммерчески доступных компонентов и программного обеспечения с открытым кодом. Основной тенденцией развития цифровых систем преобразования сигналов является увеличение суммарной скорости выходного информационного потока, которая может достигать 96 Гбит/c и более. Для систем регистрации характерен отказ от разработки специализированных устройств и компоновка системы на основе сетевых технологий хранения большого объема данных. К другим направлениям развития современных цифровых систем на радиотелескопах можно отнести: минимизацию использования аналоговых методов и устройств для преобразования сигналов; стремление использовать не уникальные, а широко доступные и стандартизованные цифровые устройства; размещение цифровой системы непосредственно на антенне радиотелескопа с передачей цифровых потоков в систему регистрации, расположенную в аппаратном помещении, по волоконно-оптическим линиям. Важным направлением развития цифровых систем преобразования сигналов является расширение их функциональных возможностей и создание унифицированных систем, способных обеспечить как радиоинтерферометрические, так и радиометрические либо спектральные наблюдения без замены аппаратуры. Показано, что отечественные цифровые системы по своим параметрам не уступают лучшим зарубежным образцам, а по некоторым характеристикам превосходят их.

Цитирование