Универсальная цифровая система обработки сигналов для радиотелескопов

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

ИПА РАН, г. Санкт-Петербург, Россия

Для радиоастрономических наблюдений используются радиотелескопы с антеннами разного диаметра, например РТ-32 и РТ-13 в РСДБ-комплексе «Квазар-КВО» [1]. Ведутся работы по созданию компактных передвижных радиотелескопов на антеннах диаметром 2–4 м. Приемные системы радиотелескопов тоже различаются как по диапазонам входных частот, так и по ширине и диапазонам промежуточных (выходных) частот сигнала. Для разных радиотелескопов были разработаны и использовались до сих пор разные цифровые системы обработки сигналов, например узкополосная Р1002М для РТ-32 или широкополосная система для РТ-13. Они сопрягаются со соответствующими приемными системами и обеспечивают при РСДБ-наблюдениях преобразование принятых сигналов в заданный цифровой формат.

Для радиометрических и спектральных наблюдений применяются свои цифровые системы обработки сигналов. В настоящее время в ИПА РАН создана многофункциональная цифровая система преобразования сигналов (МСПС) [2] на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Она подходит для любых радиотелескопов, независимо от размеров антенны и типа радиоприемного оборудования, на нее можно заменить всю аппаратуру обработки сигналов и обеспечить их регистрацию для большинства радиоастрономических наблюдений. В каждом канале системы АЦП и ПЛИС позволяют обрабатывать сигналы в реальном времени и выполнять операции с потоком данных до 40 Гбит/c для различных применений. МСПС размещается на антенне и может содержать до 12 каналов цифровой обработки сигналов в диапазоне промежуточных частот до 2 ГГц. Несколько радиотелескопов комплекса «Квазар-КВО» уже оснащены такими системами.

В докладе подведены итоги создания МСПС, рассмотрены принципы ее работы в различных режимах: РСДБ с широкополосными каналами 2048, 1024 или 512 МГц; РСДБ с 16 узкополосными каналами 0.5–32 МГц внутри каждого широкополосного; режим радиометрической регистрации сигналов с селекцией помех и режим спектральных наблюдений. Приведены соответствующие алгоритмы, реализованные в прошивках ПЛИС, параметры и особенности конструкции системы для радиотелескопов РТ-13 и РТ-32, а также результаты использования МСПС в реальных радиоастрономических наблюдениях.

Литература

1) Shuygina N., Ivanov D., Ipatov A., Gayazov I. Russian VLBI network “Quasar”: Current status and outlook // Geodesy and Geodynamics. 2019. Vol. 10, Iss. 2. P. 150–156. Doi: 10.1016/j.geog.2018.09.008.

2) Nosov E., Marshalov D., Fedotov L., Sheynman Y. Multifunctional digital backend for quasar VLBI network // Journal of Instrumentation. 2021. Vol. 16. no 5. P. P05003. Doi: 10.1088/1748-0221/16/05/P05003.