用于谱线检测的随机解调器硬件设计与FPGA实现.pdf

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1、分类号密级公幵编号碎士研究嗲像怜式题目用于谱线检测的随机解调器硬件设计与实现学院（所、中心〉信息学院讀挪韩却言細研究生姓名莫禹钧学号导师姓名周燕职称副教授导师姓名柏正尧职称教授年月论文独创性声明及使用授权本论文是作者在导师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，不存在剽窃或抄袭行为。与作者一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。现就论文的使用对云南大学授权如下：学校有权保留本论文（含电子版），也可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文；学校有权公布论文的全部或部分内容，

2、可以将论文用于查阅或借阅服务；学校有权向有关机构送交学位论文用于学术规范审查、社会监督或评奖；学校有权将学位论文的全部或部分内容录入有关数据库用于检索服务。内部或保密的论文在解密后应遵循此规定）研宄生签名导师签名日期：摘要摘要谱线检测是射电天文观测的关键技术之一。根据观察到的星体谱线，可以了解星体的一些重要特征，比如运行轨迹、总粒子数密度、年龄等。这些特征所对应的分子辐射谱线载频位置极高，都在量级以上。基于传统高速数据采集的射电天文终端设备存在很多局限性，无法很好地满足天文学家同时观测更多谱线和同时观测频率相差很远的分子多个转动跃迁的要求。射电天文信号是在频域上稀疏的

3、信号。压缩感知理论正是针对在某个域上稀疏的信号提出的，该理论可以解决传统采样在高频信号采集中釆样率高和数据存储容量大的问题。基于压缩感知理论的信号采集把釆样过程和压缩过程合二为一，以较低的采样率采样得到较少的数据，最后通过求解最优问题来对原始稀疏信号进行重构。随机解调器、多倍集釆样和调制宽带转换器三种压缩采样模型的提出使得压缩感知理论进入实用阶段。论文对随机解调器信号采样与重构理论进行分析研究，在仿真实验的基础上设计了硬件电路，并通过实现随机解调器采样与重构。首先，论文介绍了压缩感知的基本原理，包括压缩感知理论的三大核心问题以及三种压缩采样模型。其次，论文深入分析了随

4、机解调器信号采样与重构方法，并进行了算法仿真实验。最后，设计了硬件电路实现随机解调器。硬件电路包括如下几个部分：信号预处理部分通过精心挑选合适的芯片并对每个模块进行仿真验证后设计制作了相应的电路板；信号采样与数据缓存通过对和控制完成；原始信号的稀疏矢量重构利用算法，首先对算进行改进，然后在设计中通过资源复用、并行计算和避开复杂运算（如开方运算）等方法在上优化设计实现，既加快了运算速度又减少硬件电路的复杂度。对随机解调器的仿真验证了系统的可行性。硬件实现的随机解调器系统充分利用了并行计算的优势，能以较低的釆样率对频域稀疏信号进行采样并对其进行谱线观测。实验结果表明，该系

5、统实现了压缩釆样，以的釆样率成功的对最高频率为的信号进行谱线检测。关键字：谱线检测；稀疏信号；压缩感知；随机解调器；算法AbstractAbstractSpectrumdetectiontechnologyplaysadecisiveroleinradioastronomyobservations.Someimportantfeaturesofastronomical,suchasrunningtrack,densityofthetotalparticleandage,canbefoundbythespectrum.Thefrequenciesofthespectru

6、mswhichareradiatedbythemoleculescorrespondingtothesefeaturesareveryhigh,theorderofmagnitudeisGHz.Theastronomicalobservationbackendsbasedontraditionalhigh-speedsignalsamplinghavemanylimitations,therequirementsofastronomersforobservingmorespectrumsandobservingsimultaneouslymultiplerotatio

7、naltransitionsofmoleculeswhosefrequencyarefararenotmet.Radioastronomysignalissparseinthefrequencydomain,CompressedSensingtheoryisproposedforsignalwhichissparseinonedomain.TheCStheorycansolvemajorproblemsthathighsamplingrateADCandLarge-capacitydatastorageintraditionalsamplingbya