太阳射电成像的数字相关器( 二 )

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图5.多频率下的互相关运算单元“矩阵”（图源：作者）
数字相关器在每个频率“平面”上的计算输出类似一个相关矩阵。早期的数字相关器由于数字电路的性能所限，多采用模拟滤波器组和1-bit相关，模拟通道信号被数字采集后，在相关之前先被量化成“-1”或“+1”2种状态，这2种状态可以用1个bit位来编码，以降低后续相关运算和数据传输的压力。
随着大规模数字集成电路的发展，尤其是高性能现场可编程门阵列(FPGA)芯片的出现，数字信号处理和运算能力有了飞跃式提升，频谱通道化在数字信号处理单元中实现，与模拟滤波器组相比，更加稳定，性能精度也更好。后续的相关运算也不断提升精度， 2-bit相关、4-bit相关等。如果将频谱信号传输到GPU中做后续处理，还可以实现更高精度的相关运算。
太阳射电观测的特点是：信号变化范围大(从宁静到爆发的射电流量可增长数千倍到上万倍)、变化快(毫秒级) 。这要求射电望远镜后端的信号处理系统有足够的动态范围，并能够实时处理动态信号变化。数字相关器作为信号处理系统的核心部分，不仅实现了太阳射电信号从模拟域到数字域的转化，还使快速射电成像从可能变为现实。
作者·简介
刘飞，国家天文台明安图观测基地高级工程师，主要研究方向为射电天文DSP后端方法和技术。
轮值主编：谭宝林
责编：袁凤芳
编辑：赵宇豪、柒柒
【太阳射电成像的数字相关器】天文科普期刊
《中国国家天文》杂志
2021年7月纸刊
何处觅星光