一种流水线结构的脉冲星非相干实时消色散系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种流水线结构的脉冲星非相干实时消色散系统及方法，预处理部分中，模数转换单元将输入的脉冲星基带信号转换为数字采样后的脉冲星信号，并输入给功率谱估计单元，功率谱估计单元得到脉冲星信号的功率谱，并传输至消色散处理部分；消色散处理部分中，输入缓冲输出功率谱信号给数据叠加单元，数据叠加单元将功率谱信号以流水线方式处理，与脉冲星数据缓冲单元中缓冲的信号叠加，得到时域功率信号，并传输给输出缓冲，输出缓冲缓冲时域功率信号；色散系数存储单元给出当前脉冲星数据需要写入脉冲星数据缓冲单元的位置，并传输给脉冲星数据缓冲单元。本发明专利技术解决了现有非相干消色散算法的信号处理速度、内存占用和分辨率损失问题。辨率损失问题。辨率损失问题。

【技术实现步骤摘要】
一种流水线结构的脉冲星非相干实时消色散系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种脉冲星信号非相干消色散系统及方法，属于脉冲星信号观测及搜寻


技术介绍

[0002]脉冲星是一种高速旋转的中子星，拥有极强的磁场，脉冲星的自转轴和磁轴之间有一个夹角，在两个磁极附近会产生类似灯塔光束的辐射射线，当射线经过地球时，天线就会接收到一个周期性的脉冲信号，周期和脉冲星自转周期一致，且周期变化率较小。脉冲星信号在传播过程中，受星际介质中的自由电子影响，不同频率的信号产生不同的延迟效应，较低频率的信号分量会比较高频率的信号分量更晚到达接收端，这会导致脉冲能量分散而使脉冲星叠加轮廓变形，信噪比变差，当色散较为严重时甚至看不到脉冲轮廓。
[0003]目前的消色散方法主要有相干消色散和非相干消色散，相干消色散是基于星际介质的逆传递函数模型，通过频域乘积，消除信号色散。非相干消色散是基于时域上各个频段的信号相位移动进行的不连续的消色散。目前的非相干消色散算法有直接消色散、树型消色散和子带消色散。直接消色散算法是根据各频率点的色散延时公式，直接对各频点的信号进行时移操作，得到消色散后的数据，缺点是运算量比较大；树型消色散主要是在脉冲星搜寻中，在需要尝试多个消色散系数(DM)的情况下，利用与快速傅里叶变换类似的蝶形运算结构，对不同DM消色散处理过程中的重复运算进行复用，从而减少计算量，这种方法只针对DM搜寻过程，实际并没有提高单个DM情况下的信号处理速度；子带消色散是将脉冲星信号分为多个子频带进行处理，每个子频带认为具有相同的色散延时，以牺牲时间分辨率为代价，减少消色散的计算量。通常的非相干消色散包含以下步骤：(1)对转换成数字信号的脉冲星基带数据可以进行多项滤波操作减少离散傅里叶变换的频谱泄露；(2)傅里叶变换；(3)划分频率通道并平移数据；(4)逆傅里叶变换并求和。
[0004]现有的消色散算法是将大量的脉冲星原始数据存储下来，之后通过CPU或者GPU进行处理，这样的方法需要占用很大的内存空间，直接消色散算法由于计算量大很难达到很好的实时性，而子带消色散算法虽然减少了内存占用，但是时间分辨率会有比较大的损失，对于周期较短且信号微弱的脉冲星，消色散难以达到理想的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种流水线结构的脉冲星非相干实时消色散系统及方法，以解决现有非相干消色散算法的信号处理速度、内存占用和分辨率损失问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种流水线结构的脉冲星非相干实时消色散系统，包括预处理部分和消色散处理部分，其中：
[0008]所述预处理部分包括模数转换单元和功率谱估计单元，所述模数转换单元用于将输入的脉冲星基带信号转换为数字采样后的脉冲星信号，并输入给功率谱估计单元，功率
谱估计单元用于得到脉冲星信号的功率谱，并传输至消色散处理部分；
[0009]所述消色散处理部分包括输入缓冲、数据叠加单元、脉冲星数据缓冲单元、色散系数存储单元和输出缓冲，所述输入缓冲用于输出按照频率通道顺序依次串行输出的功率谱信号给数据叠加单元，数据叠加单元用于将串行输入的功率谱信号以流水线方式处理，与脉冲星数据缓冲单元中缓冲的信号叠加，得到时域功率信号，并传输给输出缓冲，输出缓冲用于缓冲突发式的经消色散后的时域功率信号；色散系数存储单元用于给出当前脉冲星数据需要写入脉冲星数据缓冲单元的位置，并传输给脉冲星数据缓冲单元。
[0010]一种基于所述系统的脉冲星非相干实时消色散方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1，射频模块输出脉冲星基带信号，输入模数转换单元执行采样和数字化处理，输出数字采样后的脉冲星信号；
[0012]步骤S2，脉冲星信号经过功率谱估计单元，得到脉冲星信号的功率谱，作为预处理数据传输至输入缓冲；
[0013]步骤S3，输入缓冲缓冲数据预处理部分突发式输入的预处理数据，输出按照频率通道顺序依次串行输出的功率谱信号给数据叠加单元；
[0014]步骤S4，数据叠加单元将串行输入的功率谱信号以流水线方式处理，与脉冲星数据缓冲单元中缓冲的信号叠加，得到时域功率信号，并传输给输出缓冲；
[0015]步骤S5，色散系数存储单元给出步骤S4中当前脉冲星数据需要写入脉冲星数据缓冲单元的位置；
[0016]步骤S6，输出缓冲缓冲突发式的经消色散后的时域功率信号。
[0017]所述步骤S1中，模数转换单元将具有高速采样率的脉冲星数字信号转换成多相的较低采样率的并行数据。
[0018]所述步骤S2中，功率谱估计单元以Barlett周期图法为基础，在进行功率谱估计的同时，利用Barlett周期图的数据叠加特性，通过动态配置叠加次数，控制系统的时间分辨率，并降低后级模块的数据处理量。
[0019]所述步骤S3中，输入缓冲完成对输入功率谱信号的缓冲，保证后级消色散处理的同步性；时域的功率信号需要由各个频率通道的数据叠加得到，输入缓冲将功率谱信号根据频率通道串行依次输出。
[0020]所述步骤S3中，脉冲星数据缓冲单元是一个环形缓冲器，关注两种地址：(1)当前数据地址，每次接收完所有频率通道的功率谱数据即加1，并循环；(2)消色散地址，在当前数据地址基础上加上色散延时数。
[0021]所述步骤S4中，数据叠加单元从脉冲星数据缓冲单元中当前缓冲的数据与新接收的功率谱数据叠加并写回到脉冲星数据缓冲单元中；数据叠加和功率谱数据接收通过流水线方式同步进行。
[0022]所述步骤S5中，色散系数存储单元给出当前频率通道需要修正的色散延时数，输出到脉冲星数据缓冲单元，得到所需的消色散地址；色散延时数根据脉冲星色散延时计算公式预先计算，并写入色散系数存储单元，当色散系数变化时，动态的修改存储的色散延时。
[0023]所述步骤S6中，输出缓冲根据当前数据地址，读取脉冲星数据缓冲单元中经过叠加后地时域功率信号，并同步输出。
[0024]有益效果：本专利技术与现有技术方案相比，具有以下优点：
[0025]1、充分利用了数据预处理部分功率谱数据串行输出的特点，采用流水线并行结构，极大地提高了消色散数据处理速度，实现了良好的实时处理性能。
[0026]2、消色散部分需要的存储空间为：与频率分辨率要求相关的，频率通道数深度的色散系数存储单元；只与时间分辨率和最大色散系数相关的数据缓冲单元。大大减少了存储空间消耗。
[0027]3、针对不同色散系数的情况，可随时动态配置色散系数存储单元，灵活调整。
[0028]4、直接通过功率谱估计和功率谱叠加得到时域的功率信号，避免了逆傅里叶变换求和的操作。
附图说明
[0029]图1是本专利技术介绍的脉冲星非相干实时消色散系统的示意图；
[0030]图2是脉冲星数据缓冲单元的工作原理示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步说明。
[0032]如图1所示，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流水线结构的脉冲星非相干实时消色散系统，其特征在于：包括预处理部分和消色散处理部分，其中：所述预处理部分包括模数转换单元(101)和功率谱估计单元(102)，所述模数转换单元(101)用于将输入的脉冲星基带信号转换为数字采样后的脉冲星信号，并输入给功率谱估计单元(102)，功率谱估计单元(102)用于得到脉冲星信号的功率谱，并传输至消色散处理部分；所述消色散处理部分包括输入缓冲(110)、数据叠加单元(111)、脉冲星数据缓冲单元(112)、色散系数存储单元(113)和输出缓冲(114)，所述输入缓冲(110)用于输出按照频率通道顺序依次串行输出的功率谱信号给数据叠加单元(111)，数据叠加单元(111)用于将串行输入的功率谱信号以流水线方式处理，与脉冲星数据缓冲单元(112)中缓冲的信号叠加，得到时域功率信号，并传输给输出缓冲(114)，输出缓冲(114)用于缓冲突发式的经消色散后的时域功率信号；色散系数存储单元(113)用于给出当前脉冲星数据需要写入脉冲星数据缓冲单元的位置，并传输给脉冲星数据缓冲单元(112)。2.一种基于权利要求1所述系统的脉冲星非相干实时消色散方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，射频模块输出脉冲星基带信号(100)，输入模数转换单元(101)执行采样和数字化处理，输出数字采样后的脉冲星信号；步骤S2，脉冲星信号经过功率谱估计单元(102)，得到脉冲星信号的功率谱，作为预处理数据传输至输入缓冲(110)；步骤S3，输入缓冲(110)缓冲数据预处理部分突发式输入的预处理数据，输出按照频率通道顺序依次串行输出的功率谱信号给数据叠加单元(111)；步骤S4，数据叠加单元(111)将串行输入的功率谱信号以流水线方式处理，与脉冲星数据缓冲单元(112)中缓冲的信号叠加，得到时域功率信号，并传输给输出缓冲(114)；步骤S5，色散系数存储单元(113)给出步骤S4中当前脉冲星数据需要写入脉冲星数据缓冲单元的位置；步骤S6，输出缓冲(114)缓冲突发式的经消色散后的时域功率信号。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晨烨，孟桥，刘玮，姚舜禹，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：