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Eine digitale Signalverarbeitung für die Radioastronomie

Die beispiellose Leistung von Rechenhardware hat eine Digitalisierung der Signalverarbeitung ermöglicht, die traditionell über analoge Komponenten ausgeführt worden ist. Im Bereich der Radioastronomie ist ein deutliches Beispiel hierfür die Entwicklung eines Einzelchip-Digitalspektrometers gewesen.
Eine digitale Signalverarbeitung für die Radioastronomie
Der anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) für das digitale Spektrometer wurde im Zuge des EU-finanzierten Projekts ADSPRA (Advanced digital signal processing for radio astronomy applications) entwickelt. Dieser ASIC wurde unter Anwendung einer strahlungstoleranten 65-nm-komplementären Metalloxid-Halbleiter-Technologie hergestellt.

Der ADSPRA-Chip beinhaltet einen Analog-Digital-Umsetzer und Digitalspektroskopie- sowie Spektralanalysefunktionen. Insbesondere das digitale Back-End des Chips kombiniert eine mehrphasige Filterbank und eine schnelle Fouriertransformation mit einem digitalen Transmitter, der Daten serialisiert und an einen On-Board-Computer übertragt. Eine Teststruktur wurde genutzt, um die Erkennung weicher Fehler zu unterstützen.

Die Forscher verwendeten ein Field Programmable Gate Array Board, um die Leistung der Signalverarbeitungsalgorithmen und um das allgemeine Verhalten des digitalen Chip-Back-Ends zu evaluieren. Die größtenteils digitale Implementierung verspricht geringere Kalibrierungsanforderungen und eine erhöhte Stabilität gegenüber alternativen Ansätzen.

Vor dem Ende von ADSPRA wurden zudem digitale Designtools zur Entwicklung von Mixed-Signal-ASICs eingerichtet. Die Forscher arbeiten nach wie vor daran, die Entwicklung von Signalverarbeitungsinstrumenten für die nächste Generation von Radioteleskopen zu revolutionieren. Die Rechenanforderungen werden die Kapazitäten von allgemeinen Rechengeräten, die bislang eine passende Lösung darstellen, bei Weitem übersteigen.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Signalverarbeitung, Radioastronomie, Digitalspektrometer, ASIC, ADSPRA
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