VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是 2 0世纪 6 0年代后期发展起来射电干涉新技术 ,自 2 0世纪 70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高 ,利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度 ,进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。     

VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是20世纪60年代后期发展起来射电干涉新技术，自20世纪70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高，利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度，进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。     

CVN硬盘系统和软件相关处理在e-VLBI试验中的应用

介绍了中国VLBI网（CVN）的e-VLBI技术研究进展．CVN包括上海佘山、乌鲁木齐南山2个固定观测站和云南昆明的流动站，以及上海天文台的2台站硬件相关处理机。2003年上海天文台自行研制了基于PC技术的VLBI数据记录、回放系统，命名为CVN硬盘系统，并成功将其安置于CVN观测站和处理机系统。硬件处理机经过改造后，已能处理来自硬盘和原有磁带系统的数据．从2003年至今，中国VLBI网采用该硬盘系统进行了多次VLBI观测和e-VLBI试验。在CVN硬盘系统基础上，软件相关处理技术的研究也得以开展。软件相关处理原型程序已经被用于台站条纹检测、卫星条纹搜索和数据处理中。该软件获得的计算结果被成功用于国内第一个3台站卫星VLBI的延迟和延迟率闭合试验，以及国内首次利用VLBI数据进行的卫星定轨试验。除此之外，该软件还用作硬件处理机的条纹引导器。为适应未来“嫦娥”月球探测工程，CVN将扩展成含有4个观测站和2个相关处理机（硬件、软件）的实时VLBI网。今后，e-VLBI将被应用于月球卫星导航以及测地和天体物理的VLBI观测。     

利用DiFX处理CVN天文观测数据进展

相关处理机是VLBI观测数据处理的核心单元,相关处理机的输出结果可以直接作为天文成图、测地学以及航天器干涉测量等应用的输入。DiFX是运行在分布式计算、共享存储单元的集群环境下最成功的软件相关处理机之一。首先介绍上海天文台DiFX综合平台的现状;然后介绍利用DiFX相关处理机处理中国VLBI网(CVN)天文观测数据的进展:最后简短展望了DiFX平台为CVN及国际VLBI天文观测提供相关处理服务的前景。可为利用该平台的相关处理结果开展科学研究提供参考。     

VLBI软件相关处理机系统中的数据预处理方法

在绕月探测工程VLBI数据处理中心的软件相关处理机系统中，各VLBI观测站采集的原始数据必须经过预处理才能进行相关处理与条纹搜索等运算。处理机预处理模块对来自各个观测站的MARK5观测数据进行模式判别、寻找同步头、计算CRC校验码、时间同步等操作，生成时间长度为1min的标准Linux文件，并存放于硬盘阵列上，供相关处理和条纹搜索使用。预处理模块和软件相关处理模块、条纹搜索模块协调配合，保证了软件相关处理机系统在准实时和事后两种观测模式下的性能指标。     

VLBI软件相关处理机脉冲星信号脉冲轮廓搜索算法

VLBI观测比单天线观测拥有更高的角分辨率,在脉冲星观测,尤其是成图和定位研究中有着重要的作用。相关处理机在进行脉冲星信号处理时,首先必须知道脉冲信号到达时刻、脉冲星相位及脉冲宽度等脉冲轮廓信息。研究了利用脉冲信号自功率谱来绘制脉冲星轮廓图的算法,此算法只需对单站信号进行频谱分析就可确定脉冲位置和宽度,然后在VLBI软件相关处理机中完成脉冲信号的相关计算。实际的VLBI数据相关处理结果表明,用上述方法可准确获得脉冲星的轮廓。     

我国探月工程VLBI相关处理机简介

甚长基线干涉测量(VLBI)是重要的射电天文技术,具有极高的空间分辨率,是国际上广泛采用的深空探测器高精度角位置测量手段[1]".相关处理机是VLBI数据预处理的核心设备.由于VLBI观测数据的相关处理具有数据密集和计算密集的双重特点,普通计算机的性能难以达到对数据处理速度的要求,需要有专用的高速硬件数据处理单元来完成相关处理.我国探月工程VLBI地面测控系统中所使用的硬件相关处理机是基于大容量、高性能的在线可编程门阵列(FPGA),自主研制的高速数据处理单元,可以实时处理每台站最高速率达1 Gb/s的数据,其数据处理结果,经过软件验证并与欧空局(ESA)提供的数据进行了比较,结果符合良好.     

脉冲星信号VLBI软件相关处理方法研究

脉冲星自发现以来一直是天文学家们关注的对象,甚长基线干涉测量(very long baseline interferometer,VLBI)更是以极高的角分辨率和灵敏度成为脉冲星研究的重要手段。为了使上海天文台现有的中国VLBI网(Chinese VLBI network,CVN)软件处理机能够处理脉冲星信号,讨论了用频率通道间时延补偿的方法实现非相干消色散,并通过加入矩形脉冲门同步信号,提取有效脉冲,提高了信噪比。然后改进现有CVN处理机结构,实现脉冲星信号的相关处理。最后,对脉冲位置搜索和脉冲星数据分箱(pulsar binning)技术做了初步分析与探索。VLBI数据处理结果表明此方法正确可行,能够消除色散,并获得脉冲星信号的相关处理条纹。     

S—2VLBI相关处理系统

本概述了上海天台S－2VLBI相关处理机的结构组成、工作原理、所采用的数学模型。并给出了它的应用实例。本还讨论了MK2型相关处理机在目前VLBI研究中的地位及其优缺点。     

嵌入式千兆以太网传输系统在VLBI硬件相关处理机中的应用

甚长基线干涉测量（VLBI）是重要的射电天文技术，具有极高的空间分辨率，是国际上广泛采用的深空探测器高精度测量手段。硬件相关处理机则是VLBI数据预处理的核心设备。随着以FPGA（Field Programmable Gate Array）为实现平台的嵌入式系统的不断发展，用FPGA和嵌入式系统作为实现方式成为硬件相关处理机研究的一个方向。研究了如何利用嵌入式千兆以太网传输系统对硬件相关处理机的长期累加子系统（LTA）进行改进。     

中国VLBI网相关处理机研制进展

经过数年的艰苦努力，中国VLBI网相关处理机继2000年元月取得天文观测数据的互相关条纹后，VLBI技术实验室的研究人员又为提高相关处理机工作稳定性和处理结果质量进行了大量的软硬件调试工作，获得了较为稳定的相关处理机工作状态，于2000年8月获得射电源DA193在佘山－南册基线上的清晰互相关条纹，经验证，互相关条纹的相位变化值与台站时延补偿修改值相符，中国VLBI网相关处理机是一架两台相关处理机，它由两台数据注总计达秒648兆位的高速大容量磁带回放系统和接口电路，高速FFT和交叉相乘模块以及长期累加和控制部件组成，每台站最大信号带宽为128MHz，其高速FFT和交叉相乘模块每秒种可同时连续进行138亿次以上的浮点乘法和309亿次以上的浮点加法运算。     

相关处理机多制式兼容性测试的初步结果

我国VLBI网包括上海佘山、乌鲁木齐和昆明 3个观测站 ,以及上海天文台研制的两台站相关处理机。上海佘山和乌鲁木齐站已升级成MK4制式和只使用薄磁带 ,而昆明站只能使用S2制式。因此 ,实现相关处理机对不同制式数据和薄磁带的兼容 ,是我国VLBI网顺利运行的关键。给出了多制式VLBI观测实验和相关处理的初步结果 ,总结了相关处理机升级后的处理能力 ,并对相关处理机的下一步发展作简单讨论     

上海天文台硬件相关处理机Mark5数据回放功能实现

m2hc程序是上海天文台硬件相关处理机的一个子系统，实现从Mark5系统自动回放甚长基线干涉测量（VLBI）原始观测数据给相关处理机的功能。目前已工作在绕月探测工程VLBI测轨任务中。该文详细介绍了m2hc的设计和实现以及应用结果。     

带有时延的VLBI数字基带信号仿真

研究了利用时域相关法和频域相位加权法,仿真生成具有小数比特时延的实信号,通过数值试验验证了两种方法的一致性和正确性,并且对量化和积分的影响做了分析。最后对射电源信号和双目标探测器信号进行仿真,并通过软件处理机处理得到结果。未来可为VLBI相关处理机的处理精度估计、各类噪声分析及未来多目标试验创造必要条件。     

相关处理机多制式兼容性测试的初步结果

我国VLI网包括上海佘山，乌鲁木齐和昆明3个观测站，以及上海天台研制的两台站相关处理机，上海佘山和乌鲁木齐站已升级成MK4制式和只使用薄磁带，而昆明站只能使用S2制式，因此，实现相关处理机对不同制式数据和薄磁带的兼容。是我国VLBI网顺利运行的关键，给出了多制式VLBI观测实验和相关处理的初步结果。总结了相关处理机升级后的处理能力。并对相关处理机的下一步发展作简单讨论。     

脉冲星VLBI观测软件相关处理进展

VLBI是进行高分辨率脉冲星观测研究的重要手段.脉冲星信号是非常微弱的脉冲序列,其VLBI观测面临多种挑战.在数据相关过程中采用有效技术提取脉冲星信号可提高观测成功率和精度.DiFX(Distributed FX-style Software Correlator)是目前国际上流行的开源软件相关处理机,它采用非相干消色散技术和“脉冲星数据分箱技术”(Pulsar Binning),在脉冲星VLBI观测数据的相关处理方面具有优异的性能.介绍了DiFX的构架,安装、调试方法,并对利用DiFX处理脉冲星VLBI观测数据的进展情况进行论述.利用单机环境下的DiFX,在普通模式和Pulsar Binning模式下对中国VLBI网(CVN)第一次脉冲星观测数据进行相关处理;利用德国马普射电天文研究所集群计算环境下的Bonn-DiFX,在Pulsar Binning模式下对流量仅有2.6 mJy的毫秒脉冲星PSRJ1022+1001的欧洲VLBI网(EVN)观测数据成功进行相关处理.最后,对使用DiFX处理脉冲星观测数据情况进行总结,并展望了今后CVN开展脉冲星观测研究的前景.     

CVN高速数据记录与回放硬盘系统及其应用

CVN硬盘系统是上海天文台VLBI技术实验室自行研制的VLBI数据高速记录与回放系统。它以通用PC机和Linux操作系统为平台。该系统与原有磁带机系统相比具有数据记录质量高、可靠性好和价格低等特点，已安置在乌鲁木齐南山、上海佘山观测站和昆明流动站，多次成功地进行了卫星和河外射电源的观测。目前中国VLBI网观测的数据记录和回放已全部由CVN硬盘系统承担，完全替代了原有的磁带系统。现有的上海相关处理机通过专用回放接口，能直接处理记录在硬盘上的数据。在此基础上还进行了软件相关处理方法和e—VLBI数据传输实验。通过多次观测，该系统的性能已得到不断改进，将成为我国“嫦娥一号”探月工程中的VLBI数据系统的候选者，也可应用于其它高速数据记录领域。     

FX型相关处理机长期累加器子系统的研究

介绍了中国VLBI网FX型相关处理机的结构和功能,并着重阐述了相关处理机的长期累加器子系统(LTA),它是相关处理机的条纹数据压缩部件。通过对长期累加器子系统的研究,提出了对该子系统的改进方案,以提高硬件线路的集成度和系统的可靠性,适应了对相关处理机更快速度、更高精度及多台站测量的要求,并说明了实现方法及其改进后的特点。     

FX型相关处理机长期累加器子系统的研究

介绍了中国VLBI网FX型相关处理机的结构和功能，并着重阐述了相关处理机的长期累加器子系统(LTA)，它是相关处理机的条纹数据压缩部件。通过对长期累加器子系统的研究，提出了对该子系统的改进方案，以提高硬件线路的集成度和系统的可靠性，适应了对相关处理机更快速度、更高精度及多台站测量的要求，并说明了实现方法及其改进后的特点。     

硬件相关处理机数据回放模块研究

硬件相关处理机系统需从数据记录缓存器读取台站数据,经数据预处理后进行下一步的相关处理。为了满足高速实时数据的传输及预处理要求,设计了VLBI数据回放模块,该模块通过千兆网络传输观测站数据,控制数据收发,并针对VLBI数据特点进行数据解码、数据校验、数据异常处理等。测试结果表明,该模块处理速率可达1 Gbit/s,在硬件相关处理机进行单台站数据速率64 Mbit/s的实时数据处理时能稳定正常工作。该模块己应用于嫦娥3号任务的硬件相关处理系统中。