10～50 MHz地基低频射电天文数字接收机及上位机软件研制

低频段(＜50 MHz)射电观测,是研究射电爆发、恒星形成、宇宙初期状态的重要手段,而我国对该频段相关仪器研究较少.本文从关键器件选型、仿真与设计、接口和通讯、功能模块等方面,对组成地基低频射电观测系统的核心部件——数字接收机与上位机软件进行论述.数字接收机由采集卡和工控机构成,采集卡配置包含AD9265芯片和K7系列现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA).数字接收机探测频率覆盖1～62.5 MHz,接收功率范围-78～-6 dBm,拥有先进的频率分辨率(15.3 kHz)和时间分辨率(0.5～32 ms).为满足射电观测显示与存储需求,研发了具有针对性的上位机软件解决方案.软件支持高速串行计算机扩展总线标准(Peripheral Component Interconnect express,PCIe)数据传输协议,支持实时频谱显示、数据存储和交互操作,具有全频带内强度图显示与图像自动保存功能.自主研制的数字接收机与上位机软件已成功应用于新疆奇台观测站低频(10～50 MHz)射电观测设备,该设备自2021年6月投入运行,捕获多次太阳射电暴事件.将观测结果与澳大利亚Learmonth观测设备对比分析,结果表明,新疆奇台站低频射电观测系统探测精度更为精细、探测频率更低,性能指标位于国际前列.系统后期可开展星-地协同观测,推动我国低频段射电研究.