云南大学生创新创业训练计划项目.docx

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1、云南省高校生创新创业训练支配项目立项申请表推荐学校：云南高校项目名称：低频射天线阵终端黝据传揄网络谩升项目申报类别：创新训缥所属一级学科名称:一信息与通信工程申人：奉符好所在学院及年级：信良学院2012级指导教师：何生4单位和职称：住文学除1J填表日期：2()13隼4口40日云南省教化厅制2012年2月填表说明1 .中报书各项内容，必需实事求是，表达要明确严谨，并要求打印或用钢笔填写。页面不够时可加页，不得破坏后面衣格的完整和美观。对于填写不合要求、内容模糊不清、字迹潦草者，不予受理。2 .该申报书为A4纸，各单位或个人可以从云南省教化厅高等教化处网站自行下载或翻印，但格式、内容、大小应与原件

2、相同。一、项目申请人状况印清人姓名李冠君性别男民族汉诞生日期19943-2所在学院信息学院专业、班级电子信息科学与技术12级项目名称低频射大规阵终端数据传输网络设计通讯地址云南省昆明市望更县东外环南路云南新校早.页校区楠院5幢A308电话项目类别创新训练创业训练口创业实践项目周期2年所属学科专业天文技术与方法申请人参与科研的经脸自何年月至何年月参与的项目担当的工作项目组其他成员（不超过5人.不包括申请人和指导老师）姓名性别年级所在学院专业分工签名王瑞女10级信息学院电子信息科学与技术整体构架和设计王瑞郭靖男10级信息学院电子信息科学与技术硬件平台的搭建郭靖徐枫男I1.级信息学院电子信息科学与技

3、术硬件平台的搭建徐枫彭革男10级信息学院电子信息科学与技术软件设计彭革二、拟申报项目状况（一）项目介绍（探讨目标、探讨背景及现状、工作原理和方案设想、支配进度支配等）1、探讨背景、现状及目标低频射大战阵探讨涉及与天文探测相关的高能、紫外、光学、红外和射电技术方法，包括高能X、伽号成像技术、而辨别探刈器技术（位置辩别和能依辩别和偏振测敏技术、微弱光电子信号探测、存储和传输技术，与天文望远镜相关的高能、光学、红外和无畿电技术，自动限制技术和机械等.如图1所示.甚低颇波网具有丰富的天体文现象和辐射,由于其低频的观测如此之少，在这个波段发觉没有预料到的全新现象的可能性不行低估.Io1.,1.*Vt1.

4、r星ernwx图I波段的射电波段潦做知谱.左:太阳和银河系.It大行星自1970年头以来，我国射电天文在米波到皂米波频段有了长足的发展，并且在米波段实现了综合孔径陈，在里米波段实现了t氏基线干涉测收（V1.BI）技术，在厘米波段参与了国1.ARMA支配，近年来在国际1平方公里接收面积射电阵、600MHZ75GHZ太阳射电连续谐成像仪、60230MHz固定方向低顺宇宙射电防等观测技术领域也取得了很大的进步.在十米波测量矮域.今年还在空间项目论证，如月面射电阵、空间低痂领域开展了一些调研、论证和预研工作，国际上长期以来只有为数不多的天文台在进行共低频射电天文肺观观测，如乌克兰的UTR-2天线阵、法

5、国南希天文台、日本东北高校f氏侦干涉阵、美国弗罗里达天文fr和爰威夷天文台等.这些天文台目前的空间疥别本在木星跳离上不足10角分.目前它们和建设中的1.oFAR和SKA澳大利亚方案可以供应的甚低频宽带观测，但是还没有系统开展干涉测量观测，尚未达到建立太K1.CMEWitiff1.设模型和木星射电辐射机制模型的实力.为此发展我国自己的砧基低频射电观测网具有特别虫大的意义。“工欲替其事必先利其器”,要进行低频射电成图观测，首先必需进行单站隹设和初步的观测.那么总站关彼技术问题的议讣将至关曳要.中国科学院云南天文台作为我国晶堪低频射电观测网的Hi要成员，提出研制快:低频单观测站关键技术的探讨.本探讨

6、将主要开展2(MWMHz版段的地基其低版和低颇射电天文技术研发.整体链路图如下：图3拘设计的整体融路框困本创新项目主要探讨上述过程中终端数据数字化处理的部分,我们旨在探时提出了低频射电天线阵终端数据传输网络设计,数据采集后,经高速ADC采样之后.我们用FpGA进行预处理,解决E1.轴电缆简单受到温度、湿度、压力以及形变等因素的影响，产生相位变更，搭建起数据和PC机之间的联系”目前信号处理系统中数据传输的腋颈问题，可设计运用一种眼于可编程门阵列(fie1.dprogranmnb1.egatearray,FPGA)的高速实时数据传输方案“该方案借助Xi1.inxFPGA的ChiPSynC技术，稳定

7、地完成了数据的小化，锦申，以及通信胜路相对延迟的精确测量和谓整.同时，利用提出的数据传输同步方法-系统同步和举行低压差分信号(IOW-VOIIaKCdifferentia1.SignHIIng.1.YDS)总线技术实现板卡间大量数据的拓速传送,可有效地保证了多通道传谕的同步性和军毒性,并大大降低了系统互联的困玳度和系统成本，在数据传输时,针对相位调制格式的调制和解词方法的不成熟以及对相位调制系统中相位噪声的探讨的不完善,对相位调制格式绽开深化的探讨.首先探讨了相位网制器和强度诩制解调器的工作原理，以及DPSK和MPSK的具体调制解调方法，提出了一种推导DQPSK预编码器逻辑衣达式的方法：然后比

8、较了各种相位调制格式的色散容限和非线性容限,仿式结果表明基于CRZ的相位调制格式性能最优：最终对相位噪声进行具体分析，从相位噪声的统计模型动身，如出非线性相位噪声和接收强度的联合概率分布函数，在此基础上,推导出非线性相位噪声引起的误码概奉相确发达式，两制相位的儡移.本项目拟研发一款“低频射电天战阵终端数据传输网络系统Z该系统目标是解决因相位变更即无法同步的问即搭建终端数据传输网络.基于此，我们主要探讨内容和目标如卜(I)首先选取适合低版数据采集的ADC芯片，无失真采集低痂射电信号15M1.1.z-75M1.1.z,尽:鼠果纳多bi1.城化，使之能达到良好的抗干扰效果；(2)采纳高性能FPGA作

9、为ADe的限制芯片,实现限制ADe的采样节拍，输入信号的预泄波处理以及编码等功能；(3在EPGA内将采集数据进行编码，包括增加采集信号的天线信息和时间信息等，然后传入岛逑千兆网芯片，通过光纤传入后端处理计算机PC中。因此,为了完成系统的功能.我们主要解决的何时1.诲速采样ADC的选取及预处理系统的设计；2、传尬族路扰动引起的相位不检定的矫正：3、构建终端数据传输同络.2、工作原理和方案设想1)片速采样ADC的速取及覆处理系或的设计高速ADC有几个卡要的卷数，1.来科速以fsamp1.e2,输入信号带宽(inputbandwidth)；3.无杂散动态范困(SFDR);量化位数(samp1.ing

10、bits)：采样速度确定了能好处理的信号带宽，B=JINVzz/2:输入信号带宽确定了前湍模拟抗混会谑波器带宽：无奈散动态范围越大确定了该ADC在突发性强信号状况下产生的做i,睦少，提高了抗干扰性能，该参数在无线电环境困难的甚低版观测中极为重要Ift化位数确定fADC能够处理的最大动态范用.依据闻名的量化信噪I匕SNR与量化位数n之间的美系式：SNR=6.02x+1.72(dB)对于甚低频波段50dB左右的RH.至少应选择10位以上的ADC.2)制Wft扰动引起的相位不舞定的矫正低颇射电天线阵具有天线体积大.分布面积广的特点从各天线胞元接收到信号经过低噪声放大器初步放大，通过数控移相器诳行加权

11、形成综合方向图,再由长电缆将多路信号传到固定点汇合并进行数字地化.其中，通过数控移相器进行加权而形成方向图是整个相控阵的核心，不同的加权函数.使得天线阵能对不同的天区进行观测：对于N阵元的天线阵的加权向求为：1eJW*in+(y)a(0)=/，必初心,NIA(AdsindrS)5为相控阵调相参数，在志向状况下，我们认为每根电缆产生的相位差忸定,则3包涵了两部分：1.由移相零引起的相位差&这是天线阵调相所须要的.通过变更必即来调成天线阵指向：2.来自长电缆引起的相位差朱,假如在外界自然条件不变的条件下,该相位差不变.但是，由于温度湿度以及形变对电缆和其他元件的影响，心区并不忸定,因此：田”=怎M

12、+aw,+A黑其中，邑,为自然环境影响给整个天践阵加权向量带来的影响，必需修正这个参数，否则无法得到天线阵志向的方向图。传统的方法是通过测域当前的温度，湿度等信息,通过电缆材料在不同潮度、湿度下的变更状况的阅历值来修正Aaw,这种方法无法克服其余电子元件,例如：前端放火器,移相器以及射领接头带来的影响，并且阅历值引入的误差也是无法消退的。3、支配进度支配2014.1-2014.5完成云南天文台本部的无燃电环境测试资料收柒和整理2014.6-2014.8完成不同源波器的设计，包括软件仿真、电路板设计等,通过试脸检测:同时依据滤波器增益/衰减状况，估计放大器增益：同时起先ADC、FPGA等数字器件

13、的选型与选购：2014.92014.12完成放大器设计,包括软件仿真、电路板设计等，通过微波测试检测其增益、噪声状况等,同时连接延波器模块检测相位响应状况：设计完成两种相位校正电路样机设计：2015.1- 2015.5完成放大器+源波港+相位校正电路的测试2015.6- 2015.9完成系统集成以及试验样机的制作2015.10- 2015.12完成相关俺料的整理以及论文的撰写，项目的验攸（二）项目自我评价（创新点、实现的可能性、可操作性、可能存在的问题等）1、本项目的特色和创新点本项探讨重在耨决低脓天线即中里要的关城部件：数字采样电路和终端观测：由于低频天线阵具有天线数埴大、须要接收机电路多的

14、特点,为此须要在统一化和成本上做出考虑.本项探讨4从系统上考虑上述问应，研制规范化的接收机系统,可以到达多天线系统在相位、增益、通带上的统一.同时本项探讨的成果可以作为将来批Jft化天线阵接收单元，大大降低成本。 3）云南天文价重要的天文观测台站.在云南天文台首先实现单价站观测具有很大的现实意义.可以在技术枳累、人才培育上做出贡献. 4）在试验硬件器材中，像FPGA套件可以借用我们信息学院创新试验室购买的器件,可以节的经费,解决经费中试的器材费用不足的问起.2、拟实行的探讨方案及可行性分析1）无线电干扰M测故共低频无线电干扰如下图所示:长Ie济于大现快I-E图9无线电干扰测嫉系统图无找电干扰溯眠须饕溺状两个旋项,同时由于阵子天段的方向图较宽只须要测吊4个方向即可.同时调整可调衰减涔.使得1.NA不至于饱和.依据IOfar和1.WA的监测无线电环境的阅历,此项工作须要连续测敢一个月以上。2）多油波号方案选舞通过无设电环境监测得到的频谱数据设计多个谑波器通带方案，并通过数控微波开关选通须要的港波器：raio乡这波器选挣方案微波开关IMaSU.8P】QSdFrequencyM图11多滤波JMfi出痂谓图3）商速采样电路的设计首先选择合适的ADC芯片，共有3“款ADC符合在100MHZ以下的信号采集：芯片名称果样速度（MSPS）量化位数SFDR(dB)输入带塞（MHZ）X12152501