Универсальная цифровая система обработки сигналов для радиотелескопов

Д. А. Маршалов, С. А. Гренков, Н. Е. Кольцов, Л. В. Федотов

Труды ИПА РАН, вып. 71, 9–17 (2024)

DOI: 10.32876/ApplAstron.71.9-17

Ключевые слова: радиотелескоп, РСДБ, система преобразования сигналов, цифровая обработка сигналов

Аннотация

Для радиоастрономических наблюдений в России используются радиотелескопы с антеннами разного диаметра, в том числе 32- и 13.2-метровые радиотелескопы РТ-32 и РТ-13 комплекса «Квазар-КВО». Эти радиотелескопы оснащены научной аппаратурой, используемой для проведения наблюдений: высокочувствительными радиоастрономическими приемными системами, рассчитанными на разные диапазоны частот и полосы промежуточных частот, системами преобразования, обработки и регистрации сигналов. Для работы в составе радиоинтерферометра со сверхдлинными базами для радиотелескопов РТ-32 разработаны и используются до сих пор узкополосные полуцифровые системы обработки сигналов Р1002М, для РТ-13 применяются широкополосные цифровые системы. Радиометрические и спектральные наблюдения выполняются с использованием специально разработанных цифровых систем регистрации. В ИПА РАН была разработана многофункциональная система преобразования сигналов на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей. Это позволило на ее основе создать универсальную цифровую систему обработки сигналов для радиотелескопов. Рабочий диапазон системы в 0–2 ГГц обеспечивает совместимость по диапазонам промежуточных частот, а наличие до 12 широкополосных каналов позволяет независимо обрабатывать сигналы, поступающие с выходов радиоастрономических приемных устройств. Возможность регистрации сигналов в широких полосах 512, 1024 или 2048 МГц повышает чувствительность радиотелескопа, а в случае использования антенн малого диаметра дает возможность сохранить приемлемое для наблюдений отношение сигнал/шум. Режим регистрации 16 независимо перестраиваемых узкополосных (0.5–32 МГц) частотных каналов внутри рабочей полосы частот обеспечивает сопряжение с существующими системами, дает возможность установки специальных настроек и может быть использован при организации наблюдений КА и ИСЗ. Стандартный формат данных и выходной интерфейс 10/40GE дают возможность сопряжения с любыми системами регистрации и буферизации данных. Созданная система способна работать в режимах радиометрической регистрации и спектральных наблюдений. Она подходит для любых радиотелескопов, независимо от размеров антенны и типа радиоприемного оборудования, способна заменить на радиотелескопе всю аппаратуру обработки сигналов и обеспечить их регистрацию данных большинства радиоастрономических наблюдений. Опытные образцы разработанной системы установлены на радиотелескопах РТ-13 и РТ-32 в обсерваториях «Светлое» и «Зеленчукская» и уже участвуют в различных радиоастрономических наблюдениях. В статье подведены итоги создания универсальной цифровой системы для радиотелескопов. Приведены параметры и варианты исполнения системы. Рассмотрены алгоритмы и конфигурация программируемых логических интегральных схем для всех режимов работы системы. Представлены некоторые результаты ее использования на радиотелескопах.

Цитирование