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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(duì)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(hào)通過正確的零中頻采樣及恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。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(hào)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(huì)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(hào)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(hào)。在每個(gè)頻率“切片層”上對(duì)所有天線的信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(jí)）。這要求射電望遠(yuǎn)鏡后端的信號(hào)處理系統(tǒng)有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，并能夠?qū)崟r(shí)處理動(dòng)態(tài)信號(hào)變化。本產(chǎn)品作為信號(hào)處理系統(tǒng)的核心部分，不僅實(shí)現(xiàn)了太陽射電信號(hào)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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