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數(shù)字相關(guān)器作為軟件無線電的典型應(yīng)用，在擴(kuò)頻通信中成為必不可少的技術(shù)。在傳統(tǒng)的擴(kuò)頻通信中，采用模擬器件來實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)單元，而用本產(chǎn)品可以增加系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。因此，對它的研究具有較大的意義。
數(shù)字相關(guān)器采用DSP+FPGA的結(jié)構(gòu)，一方面使設(shè)計(jì)更加靈活，同時(shí)也降低了生產(chǎn)的代價(jià)。從通用性上考慮，它采用零中頻的采樣系統(tǒng)。提出接收端如何正確地把信道中的模擬信號通過正確的零中頻采樣及恢復(fù)成數(shù)字信號。下面給出了數(shù)字相關(guān)的算法及仿真結(jié)果，用DSP+FPGA實(shí)現(xiàn)的算法流程圖，最后給出了系統(tǒng)的實(shí)測結(jié)果。
它的工作原理是什么呢？
產(chǎn)品在空間頻率域上計(jì)算任意兩路信號之間的互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，其形式是一個(gè)復(fù)數(shù)。其中相位部分包含了可見度函數(shù)的相位，偏離圖像中心（相位中心）的變化源會在可見度函數(shù)的相位上產(chǎn)生相應(yīng)變化。
數(shù)字相關(guān)器能夠得到天線陣列中每兩個(gè)天線接收之間的互相關(guān)輸出，從而得到可見度函數(shù)在空間頻率域的分布。這種分布通過后端圖像合成處理單元做Fourier變換和“去卷積”處理后便能得到太陽的射電圖像。
太陽射電成像的最終目標(biāo)是在多個(gè)頻率上合成太陽射電圖像，我們首先把整個(gè)觀測頻率波段分成一系列的頻率平面“切片層”，在數(shù)字信號處理中稱為“頻譜通道化”，一般用多相濾波器組或多相FFT來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)頻率通道輸出代表所要觀測的頻率信號。在每個(gè)頻率“切片層”上對所有天線的信號進(jìn)行量化和互相關(guān)運(yùn)算，就得到不同頻率的互相關(guān)輸出。
它在每個(gè)頻率“平面”上的計(jì)算輸出類似一個(gè)相關(guān)矩陣。早期的數(shù)字相關(guān)器由于數(shù)字電路的性能所限，多采用模擬濾波器組和1-bit相關(guān)，模擬通道信號被數(shù)字采集后，在相關(guān)之前先被量化成“-1”或“+1”2種狀態(tài)，這2種狀態(tài)可以用1個(gè)bit位來編碼，以降低后續(xù)相關(guān)運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫Α?/span>
隨著大規(guī)模數(shù)字集成電路的發(fā)展，尤其是高性能現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片的出現(xiàn)，數(shù)字信號處理和運(yùn)算能力有了飛躍式提升，頻譜通道化在數(shù)字信號處理單元中實(shí)現(xiàn)，與模擬濾波器組相比，更加穩(wěn)定，性能精度也更好。后續(xù)的相關(guān)運(yùn)算也不斷提升精度，2-bit相關(guān)、4-bit相關(guān)等。如果將頻譜信號傳輸?shù)紾PU中做后續(xù)處理，還可以實(shí)現(xiàn)更高精度的相關(guān)運(yùn)算。
太陽射電觀測的特點(diǎn)是：信號變化范圍大（從寧靜到爆發(fā)的射電流量可增長數(shù)千倍到上萬倍）、變化快（毫秒級）。這要求射電望遠(yuǎn)鏡后端的信號處理系統(tǒng)有足夠的動態(tài)范圍，并能夠?qū)崟r(shí)處理動態(tài)信號變化。本產(chǎn)品作為信號處理系統(tǒng)的核心部分，不僅實(shí)現(xiàn)了太陽射電信號從模擬域到數(shù)字域的轉(zhuǎn)化，還使快速射電成像從可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
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