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技术新进展

阐述了VLBI设备的现状;在20世纪70、80年代建造起来的一些VLBI观测设备已较陈旧，部分技术已经过时。随着现代技术的快速发展以及科学研究的更高目标，发展VLBI新技术是一项重要任务；给出了VLBI各方面新技术的进展情况；新科学项目的实施是新技术发展的重要环节，所以同时也介绍了VLBI的一些新科学计划的最新情况。     

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。     

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。     

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软件件相关处理机现状和发展趋势

相关处理机是VLBI数据处理系统的核心设备。基于计算机集群和高性能并行计算技术研发的软件相关处理机,正逐渐成为VLBI海量观测数据处理的主流,并以其灵活性、扩展性、易用性等特点,在天文、测地和深空探测领域中获得广泛应用。梳理了国内外主流VLBI软件相关处理机系统发展历史和技术架构,并做归纳比较,最后分析未来的应用需求及发展趋势。     

Sun工作站上SOLVK软件的使用方法

介绍VLBI天体测量和测地数据分析SOLVK软件的使用方法。利用现有的国际VLBI MK3观测数据，向有关科研人员提供如何利用该软件进行数据存取、存档及各参数解算等实施过程。     

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。     

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.     

PIMA软件在APSG测地VLBI数据处理中的应用

上海VLBI相关处理中心引进了一款国外新近研发的VLBI相关后处理软件PIMA,它在相位校准、复带通校准和条纹搜索等方面具有独到的优势,特别适合于射电源的成图和绝对天体测量。以亚太空间地球动力学计划(Asian Pacific Space Geodynamics,APSG)测地VLBI观测为样本,介绍了PIMA软件及配套数据分析软件VTD/Post-Solve的特点和处理流程。对PIMA获得的观测量文件以及国际VLBI天体测量和大地测量服务(International VLBI Service for Geodesy and Astrometry,IVS)常规数据处理获得的观测量文件,分别进行了台站坐标和射电源位置参数解算。二者的解算结果在测量误差范围内一致,且在低信噪比情况下,PIMA获得了更多的观测量。后续的APSG观测将包括更多数量的微弱射电源。PIMA软件有望在此类数据处理中发挥重要作用。     

两颗致密射电源的327MHz VLBI观测

1989年6月，对两颗射电源（3C345和3C454.3）作了327MHz VLBI观测。本文给出两颗源的模型拟合参数，并就结构作了分析和讨论。VLBI数据的相关处理和分析是在上海天文台VLBI系统上完成的。     

上海VLBI系统用于天体物理观测

上海VLBI系统于1988年建成，该系统具有观测设计、观测、相关处理（MK2系统）以及后处理的完备功能，从而在国际VLBI天体物理学研究方面有可能成为为数不多的研究中心之一。本文简要地介绍这个系统，以VLBI天体物理学观测实例来阐述整个系统的工作情况，给出由该系统获得的天体物理结果。     

VLBI标准接口的发展

VLBI标准接口是近年来在VLBI技术中诞生的一个新概念,它旨在解决多年来各VLBI数据传输系统不兼容的问题．该文阐述了VLBI数据传输系统的发展历史,包括传统的记录／回放系统和新兴的网络数据传输两方面的内容;说明了VLBI标准接口的作用和意义;并分别介绍了VLBI标准接口规范3方面的内容:VLBI标准接口件规范(VSI-H)、VLBI标准接口软件规范(VSI-S)和VLBI标准接口网络规范(VSI-E)．     

利用国内VLBI网跟踪大椭圆轨道卫星

2004年7月,昆明VLBI站经过改造,由上海、乌鲁木齐和昆明站组成的中国VLBI网(CVN)采用统一的MARK4格式编制器和CVN硬盘记录系统,对大椭圆轨道卫星“探测1号”的2圈轨道的共同可视弧段进行了跟踪观测．软件相关处理程序已成功地用于检测卫星遥测信号的干涉条纹和数据相关处理．采用基于条纹幅度的加权最小二乘条纹拟合方法,获得了卫星VLBI观测量及其精度估计,完成了卫星VLBI观测量的3基线闭合误差检验．应用河外射电源校准方法和多频点相位校正信号提取方法,进行了台站钟差和仪器延迟等系统误差改正．经系统差改正后的卫星VLBI观测量序列已用于“探测1号”卫星的轨道确定．     

用IBM PC386控制上海天文台MK—3 VLBI数据采集系统

本文介绍了我国运行在IBM PC386的PCFS软件，该软件用于控制MK－3 VLBI数据采集系统。     

VLBI MK5B通道检测软件的设计与实现

针对国际上VLBI专用硬盘记录终端升级到MK5B后,数据记录格式发生了显著变化,设计了能够适应MK5B数据格式的通道检测软件。MK5B通道检测软件主要用于检查硬盘记录器记录数据的可读性以及确认接收机和VLBI终端等观测设备的参数设定。在软件设计过程中,考虑到软件的可维护性及可移植性,采用面向对象的设计方法。通过对两段观测数据的处理表明,MK5B通道检测软件工作稳定,处理结果正确,能够满足工作需要。     

差分VLBI技术在采样返回任务中的应用

针对采样返回任务中多探测器精密短弧定轨问题,研究了甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技术在两探测器间的交替观测模式、2π模糊度解算方法和数据差分处理方法,给出了星载信标的设计原则和方案。利用日本SELENE探月卫星的两个小卫星R-star和V-star的同波束VLBI相关相位生成了交替VLBI相位观测量,对其进行了差分处理求解差分时延,然后利用差分时延和测速测距数据进行定轨计算。对差分时延的分析表明,交替VLBI差分群时延RMS值为46 mm,测量精度与同波束VLBI差分群时延相当;交替VLBI差分相时延RMS值为1.6 mm,测量精度与同波束VLBI差分相时延相当。定轨结果表明,交替VLBI在进行多探测器的短弧定轨时能达到同波束VLBI相当的精度。     

嫦娥三号任务VLBI数据通信软件研制及其应用

VLBI测轨分系统已经成功完成嫦娥三号任务实时阶段VLBI测定轨使命。数据通信软件是分系统关键软件(B级)之一,负责分系统和北京航天飞行控制中心(北京中心)的实时数据交换工作。对数据通信的任务进行简单介绍,并给出功能需求、系统设计及其实现细节;总结了数据通信软件在嫦娥三号任务中的执行情况;最后讨论了数据通信软件的表现并展望在未来探测任务的应用。数据通信软件在嫦娥三号任务中的优异表现显示软件达到研制目标,满足任务要求。