MUSER的负数据库接口设计与实现

明安图射电频谱日像仪目前已经进入常规观测,必将产生海量的观测数据。针对日像仪需要高效管理其产生的海量观测数据并提供高效检索服务的需求,负数据库管理系统提出并被应用到日像仪中。详细介绍了负数据库的接口设计与实现,并通过实验验证了所设计接口的有效性和性能。负数据库管理系统不仅可以有效解决日像仪面临的问题,也可以为新一代望远镜负数据库管理系统提供参考。     

基于MPI的高性能UVFITS数据合成研究与应用

中国明安图超宽频谱射电日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radioheliograph,MUSER)进入实际观测后,每3 ms产生一帧100 k B左右的数据,每天的原始观测数据约3.5 TB。由于射电日像仪的原始数据采用自定义格式,为了后续数据分析和共享的需要,有必要根据数据存储需求把这些原始数据转换成天文常用的文件格式。在前期工作中已经实现了原始数据格式到UVFITS文件的转换,在此基础上研究了基于MPI的集群并行环境下UVFITS合成系统的性能优化。通过实验验证,在改进后的并行环境下,UVFITS合成系统的性能达到了需求的2.5倍,可以有效处理当前及未来一定时间内射电日像仪的海量观测数据。同时,改进后的系统具有良好的横向扩展能力,能够为相关项目的数据处理提供借鉴和参考。     

前言

第一届太阳射电频谱日像仪研讨会暨2005年太阳射电年会于2005年6月15—17日在北京和内蒙古自治区正镶白旗(射电日像仪候选台址)成功召开。来自国家天文台、紫金山天文台、云南天文台、北京大学、南京大学、北京师范大学、北京邮电大学、石家庄电子技术研究所等单位的50余位专家和研究生参加了会议。此次会议对射电频谱日像仪(CSRH)项目的开展进行了科学论证并交流了日像仪预研工作进展。与会代表就频谱日像仪项目的方案设计、实验结果分析、面临的问题以及待解决的其它关键技术问题等进行了认真的论证、分析和讨论,并对该项目的进一步开展…     

射电日像仪灵敏度测量

灵敏度是射电望远镜的一个重要性能指标,它反映了望远镜监测弱信号的能力。基于明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radioheliograph,MUSER)的调试观测,给出了日像仪灵敏度的测量方法,对天线系统以及整个阵列的灵敏度进行测量分析,得到了日像仪系统整体的灵敏度性能参数。测量同时给出了天线系统的效率以及接收机系统的增益,这将为下一步日像仪展开常规的科学观测提供参考。     

明安图射电频谱日像仪天线相位方向图测量与分析

明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)是新一代具有高时间、高空间、高频率分辨率的太阳专用射电望远镜,采用综合孔径原理成像,所以幅度和相位是决定最后成图质量的关键因素。天线的相位方向图会影响日像仪输出的幅度和相位,根据日像仪的馈源设计和综合孔径原理,针对明安图射电频谱日像仪天线数目多,且为户外环境,根据天文观测须经常测试天线性能的特点,给出了基于相关结果测量日像仪天线相位方向图的方法,该方法可以直接通过日像仪的相关输出结果高效准确地得到天线的相位方向图。对MUSER-I天线的相位方向图进行了测量和分析,同时分析了天线相位方向图对日像仪成像的影响,为得到高质量的太阳图像提供了参考和保障。     

明安图观测基地复杂电磁环境和干扰消减措施

射频干扰是射电天文观测设备无法回避的问题。国家天文台(内蒙古)明安图观测基地多台各具特色的射电观测设备、各类电磁辐射源及其传播路径共同组成了复杂的电磁环境。现有超宽带高分辨太阳射电成像观测设备——明安图射电频谱日像仪,以及即将建设的子午二期工程的太阳行星际监测系统,包括米波-十米波射电日像仪、行星际闪烁望远镜和超宽带射电频谱仪等,全部频率覆盖1 MHz～15 GHz,观测结果用于太阳物理、空间天气监测和预报的关键问题研究,也对电磁环境提出了更高要求。介绍了明安图观测基地的观测设备及其地理环境,给出了方位频率功率谱、立体方向图、时间频率功率谱等射频干扰的初步监测结果,讨论了射频干扰预防、消减及射频干扰自监测方案。     

明安图射电频谱日像仪高频阵模拟接收机研制

介绍了明安图射电频谱日像仪高频阵模拟接收机总体设计方案和研制情况,详细说明所采用的光传输、温控、滤波、LTCC等技术以及针对射电日像仪阵列特别采取的可靠性保证措施。经过全面的系统指标测试和幅、相稳定性温度环境测试,结果表明模拟接收机系统的性能、功能和稳定性等指标满足总系统的设计要求。     

一种基于多尺度带通滤波的洁化算法与GPU实现

中国新一代射电频谱日像仪——明安图射电频谱日像仪以高时间、高空间、高频率分辨率工作在0.4 GHz~15 GHz,为太阳爆发活动初始能量释放区的物理过程、太阳电子加速等研究开辟了新的窗口。高性能、高质量太阳成像算法是日像仪数据处理流水线至关重要的研究内容。参考法国墨东天文台太阳干涉阵的数据处理方法,系统讨论分析了多尺度洁化(Multi-Scale CLEAN)算法,给出了适用于日像仪的多尺度洁化算法参数,并重点讨论了算法的图形处理器并行实现。实验结果表明,改进的多尺度洁化在算法效率上比基于图形处理器实现的H9gbom CLEAN提高了近3倍,有效提高了整个数据处理流水线的性能。     

基于Docker的射电干涉阵软件系统敏捷封装与部署

随着天文技术的发展,天文数据处理软件的需求也不断更迭变化,导致软件运行环境渐趋复杂。对于开发者和使用者,急需提出一种对复杂天文数据处理软件敏捷化封装和部署的方法。我国明安图射电频谱日像仪已进入常规观测,与之配套的数据处理软件也已完成开发并投入使用。由于该软件的部署涉及操作系统环境、图形处理器运行环境及底层依赖软件等配置问题,导致安装过程既繁琐又容易出错。结合容器技术的特点,提出了一种基于Docker容器对日像仪软件系统进行敏捷封装与部署的方法,并对该方法的设计进行介绍,通过实验验证了其可用性,以及相比于传统虚拟机可获得较优异的性能表现。该方法可为未来天文数据处理软件的封装部署提供参考。可以预见,未来容器技术将成为天文海量数据处理的基础支撑技术。     

基于QT的MUSER观测数据多屏图形化实时显示的设计与实现

对天文望远镜的观测数据或控制过程状态进行实时的图形化显示,是天文仪器研制过程中的一个重要环节。随着Linux操作系统在天文领域的广泛应用,如何开发基于LINUX图形界面的实时图形化显示系统成为一种迫切需求。针对我国明安图超宽频射电日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radio Heliograph,MUSER,原名为中国射电频谱日像仪,CSRH)实时观测数据图形化显示的要求,给出了一种利用QT架构进行实时、多屏的图形化展现方法,并以互相关与自相关数据实时展现为例进行了验证。实验表明本方法完全可以满足MUSER实时观测监控的要求,并且具有简单、快捷、可移植性好等优点,克服了LINUX下X-WINDOW编程困难等难题,对其它望远镜设计类似功能有一定的参考价值。     

MUSER可见度数据积分方法与实现

射电观测是研究太阳活动的重要探测手段。我国明安图射电频谱日像仪(Mingant U Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)主要用于研究太阳爆发活动初始能量释放区的物理过程,其观测将在太阳射电成像开辟一个新的窗口。成像处理是数据处理的重要组成部分,如何提高成像质量是当前数据处理的研究重点。首先介绍了射电干涉成像的基本理论,随后分析了对观测得到的可见度数据积分的必要性,细致讨论了短时段可见度数据叠加求平均和长时段UV覆盖叠加两种积分方法,并给出了完整的实现。通过实现代码与实验验证,两种积分均可以有效提高信噪比,图像质量明显提高。     

基于Spark Streaming的明安图射电频谱日像仪实时数据处理

目前天文观测中对数据的实时处理需求越来越多,性能要求也越来越高,我国明安图射电频谱日像仪(Mingant U Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)是同时以高时间、高空间和高频率分辨率对太阳进行射电频谱成像的设备。在低频部分的日常观测中,包含了两方面的需求:(1)对历史数据的处理;(2)5秒钟抽样观测数据的处理。抽样观测数据需要实时处理,并在监控终端显示,数据处理过程包含了数据校验、修正、成图、洁化等多个步骤,传统的单机处理模式已无法满足大数据量下的实时性要求。因此,实时数据计算中,使用Spark Streaming流式计算这一新兴的分布式计算方法,设计了自定义的接收器,并将多个图形处理器节点加入到分布式集群中。通过实验对性能进行评估,结果证明基于内存的高速执行引擎的特点能显著提高性能。期待能通过实验进一步优化算法和配置,获得更好的结果,并最终运用到实际环境中。     

太阳射电频谱日像仪光纤传输技术分析与性能测试

分析了光纤传输系统的特性，及其对太阳射电频谱日像仪的影响。根据日像仪系统的传输性能要求，对四种光纤传输方案进行了综合比较，最终选择模拟光纤传输系统作为建设方案。在选定方案的基础上对相关设备的性能进行了测试，并针对设备测试与对卫星信号的现场实际相关接收测试结果进行分析，验证了拟定方案的可行性。最后，提出构建太阳射电频谱日像仪光纤传输系统需要进一步解决的问题和需深入探讨的内容．     

Vantage Pro气象站实时数据采集与在MUSER中的应用研究

我国明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Sp Ectral Radio Heliograph,MUSER)已经完成所有的硬件设备安装与调试,即将进入常规观测。为有效地保证观测数据的可用性,项目组购置了Vantage Pro自动气象站,用以实时监控观测地的气象条件变化。首先介绍了MUSER项目的基本情况,论述了在项目中气象条件的应用场景及在数据处理时对数据有效性可能造成的影响;详细介绍了Vantage Pro气象站的数据采集格式、数据交换格式以及串行通信协议;介绍了在气象数据的存储方式;最后给出了构建气象数据服务、数据归档和高效查询的方法。可以应用在望远镜自动气象监控和数据处理方面,也可以为选址的自动气象监测提供参考。     

基于WEB的MUSER远程监控数据可视化展现方法

天文远程监控是天文研究的重要组成部分。为及时发现由于天气原因、电磁干扰、天线故障等导致的异常数据,提高数据处理的可靠性,我国明安图频谱射电日像仪迫切需要实现实时观测状态的远程监控。提出了一种基于WEBSOCKET技术的远程监控数据的可视化展现方法,并以观测过程中功率图和频谱图的实时展现为例进行了验证。实验表明,方法可满足实时监控数据可视化展现需求,并且改变了传统的现场监控模式,打破了地域限制,具有可靠性高、实时性好和扩充性广等诸多优点,提高了工作效率和设备利用率,对其它远程监控数据可视化展现系统有一定的参考价值。     

面向海量天文数据的分布式MySQL锥形检索研究

随着巡天观测计划的进行,传统的数据库技术无法满足海量天文数据的存储以及检索性能的需求。针对海量天文数据存储以及锥形检索的高并发、高性能问题,采用数据库中间件技术,当海量数据到达传统数据库存储阈值时,能够通过中间件技术以分库分表的形式存储到数据库集群,充分整合关系型数据库和分布式技术的优点。利用MySQL数据库集成动态索引工具(Dynamic Index Facility, DIF)插件,在分布式数据库中建立伪球面索引,能够满足海量天文数据锥形索引的需求。     

蒙城太阳射电频谱仪的定标

太阳射电爆发的动态频谱观测是研究太阳活动的重要手段之一.基于对2015年8月27日蒙城太阳射电频谱仪(Mc SRS)所观测得到一个M2.9级太阳耀斑光变特征的分析,发现由于仪器电子学上的问题,传统定标方法给出的结果并不理想.利用日本野边山的射电偏振仪(NoRP)/射电日像仪(NoRH)以及地球静止轨道环境业务卫星(GOES)的观测数据,结合有关辐射机制可以对定标方法进行改进.和传统的定标方法相比,改进后的定标结果和NoRP/NoRH的观测结果显示出更好的相关性,更好地揭示了耀斑射电频谱的演化规律.     

基于Web.py的MUSER软件系统界面实现

明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)已经完成硬件建设,与之配套的数据处理系统也初步开发完成。为提高用户操作的可用性,简化操作难度,数据处理系统在提供传统的命令行用户界面的同时,也提供了网络交互方式。简单介绍了Web.py的基本概念和内部组件交互流程,讨论了基于Web.py进行网络开发的方法和流程,并利用Web.py框架实现了数据处理系统的网络界面交互。成果已经应用,提高了日像仪数据处理系统的可用性,也为其它天文软件系统的开发提供了一定的借鉴与参考价值。     

一种基于支持向量机的射电可见度数据自动标注方法

对中国明安图超宽频谱射电日像仪(Mingantu Ultrawide Spectral Radioheliograph,MUSER)观测所得到的可见度数据进行标注(Flag),以剔除数据中的异常值是后续成图处理的一个重要工作.研究中利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)技术建立可信可见度数据标记模型,进而利用模型对可见度数据测试样本集进行测试标注.结果表明,该方法与传统基于统计的方法相比准确率有明显改进,可较好地判断出故障天线,对MUSER故障天线引起的可见度数据失真标记正确率可达到86%左右,且不受太阳爆发活动对数据的影响.     

基于OpenStack的天文台站计算节点自动管理研究

天文数据处理是天文研究的一个重要环节。随着新一代望远镜功能与观测能力的快速发展,在观测地点构建高性能实时计算平台,快速完成数据的分析与处理是一种趋势。针对明安图射电频谱日像仪和明安图观测站实时数据处理系统的建设要求,系统研究了基于OpenStack的本地云实现方法与系统自动管理模式,提出了动态进行计算节点启停的方法,并进行了实际测试。实验表明,该模式完全可以满足天文数据处理的需求,并且比传统的静态分配计算资源的数据处理方法更高效,可以有效地节省能源开销,降低观测成本,对未来天文台站高性能计算平台的建设有一定的参考价值。