Mark4格式器升级为Mark5B采样器的方法及步骤

近年来世界VLBI（Very Large Baseline Interferometry）终端技术发展迅速,主流的记录终端已发展到Mark5B记录系统,Mark5C也正在研制和测试阶段。为了适应未来高速率、海量数据以及数字基带转换器观测的要求,需要将现有的Mark5A升级到Mark5B或Mark5B＋,相应地需要将Mark4格式器升级为MarkB采样器。主要描述了相关设备的原理以及Mark4格式器升级的步骤。     

VLBI数字基带转换器测试进展

叙述了中国科学院上海天文台正在研发的VLBI数字基带转换器的最新测试进展。首先介绍了VLBI数字基带转换器的项目背景。接着介绍了VLBI数字基带转换器的设计指标和系统组成。然后介绍了利用VLBI长基线方法测试分析VLBI数字基带转换器性能的具体过程,并且通过在VLBI观测中与传统模拟VLBI基带转换器进行了性能对比,得出结论:目前VLBI数字基带转换器在以射电源为信号源的VLBI观测中,射电源流量高时条纹信噪比优于模拟VLBI基带转换器,射电源流量低时条纹信噪比与模拟VLBI基带转换器相当,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。     

VLBI监控系统的改进

对Mark5B监控系统软件的设计思想、软件功能、通讯机制等几个方面作了介绍。Mark5B记录系统是当今世界VLBI观测台站中广泛使用的最为先进的记录系统之一,也是VLBI终端系统的重要组成部分。研制Mark5B监控系统软件的主要目的是进一步提高VLBI终端记录系统的可靠性,保障VLBI联测数据有效和高质量。该软件是在Qt开发环境下采用signals/slots的安全类型机制,并在Qt creator IDE上设计图形界面,完成数据采集和网络通信工作。Mark5B监控系统不仅适用于VLBI天体物理测量观测、VLBI测地观测,而且适用于中国VLBI网(The Chinese VLBI Network,CVN)联测。     

我国新一代VLBI数字基带转换器研制进展

数字化是目前设备研制发展的趋势,介绍了中国科学院上海天文台利用超大规模集成电路结合软件无线电技术,自主研发的我国新一代VLBI数字基带转换器(Chinese Data Acquisition System,简称CDAS).文中描述了设备的工作原理及其组成,并以VLBI观测实验数据证明其可行性.与原有的模拟设备(Anal...     

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。     

新疆天文台南山站DBBC2数字终端系统的建立

随着计算机数字技术的高速发展,甚长基线干涉仪测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)所需的关键观测终端设备基带转换器(Base Band Converter,BBC)已从模拟系统(Analog BBC,ABBC)发展为数字系统(Digital BBC,DBBC)。相对于模拟系统,数字系统具有很高的灵活性,并能成倍提高VLBI观测带宽,进而能满足各种高灵敏度的观测需求。考虑到这些技术优势,以及新疆天文台南山站在国内和国际VLBI网中的重要作用,南山站2016年对VLBI终端系统进行了升级,引进了一套意大利Hat-Lab公司研发的DBBC2终端。介绍了DBBC2系统的主要构成模块和工作原理以及系统的组装、连接、配置、校准和调试方法。在对系统硬件和软件进行全面的检测和测试后,与国内和国际的主要台站开展了联合观测,并多次成功获得相关干涉条纹。这一系列的成功观测表明,南山DBBC2系统已成功安装,并具有很高的可靠性。应用新的DBBC2系统,南山站可参与2/4 Gbps的记录速率的宽带VLBI观测,极其有助于天文学家对宇宙中更暗弱的射电源开展毫角秒分辨率的成图观测。     

相干消色散脉冲星观测系统的研究

云南天文台射电天文研究团组利用从美国伯克利大学CASPER天文信号与电子学研究中心购买的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)接收机平台ROACH2,实现了512 MHz输入带宽,512 MHz带宽分为128通道输出(每个通道4 M带宽),8比特采样和双极化输入(1 024 MHz)的基带数据采集终端。海量数据传输方式通过SFP+万兆网口实现,利用编写的脚本文件调用DSPSR程序包实现数据的解码、相干消色散、偏振计算和折叠等处理。数据处理结果以PSRFITS格式存储。构建以ROACH2为基带数据采集终端和DSPSR为数据处理核心的脉冲星观测系统,相比于以VLBI观测终端为基础构建的观测系统,在观测模式、数据处理方法、运算效率和观测数据的通用性等方面具有更好的优越性。     

VLBI终端系统的发展历史和未来展望

甚长干涉测量技术(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)起源于20世纪60年代,它的发展已经对大地测量、地球动力学和天体测量产生了深远的影响。同样,VLBI终端系统作为VLBI系统的重要组成部分,在近40年里也在不断地更新和快速发展,从一开始的Mark 1系统发展到现在的Mark 5系统,从一开始的磁带记录到现在的硬盘记录甚至通过因特网就能实现数据的实时传输,可以说发生了翻天覆地的变化。如今Mark 6系统也已经开发出来,相信不久的将来,该系统会广泛应用于天文领域。主要描述了VLBI终端系统的发展历程和未来展望。     

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)．     

VLBI数字基带转换器通道时延一致性的调整

VLBI数字基带转换器(Digital Baseband Convertor,简称DBBC)又称为CDAS(Chinese VLBI Data Acquisition System),是上海天文台自主研发的新一代数字化终端设备。该设备可以将宽带信号分成若干个基带信号。由于其结构上采用了多芯片和多板卡结构,使得通道之间的时延存在差异。从设备结构入手,分析了各通道之间时延差异产生的主要原因,提出以复位信号为参考,基于m序列的数据同步方法以解决该问题。通过实验,证明该方法能有效地改善同一中频上各通道间时延的差异。     

用于雷达天文研究的高速基带数据记录系统

为了开展雷达天文科学研究, 将射电望远镜接收的雷达回波信号进行采集和记录, 研究基于SNAP (Smart Network ADC (Analog to Digital Converter) Processor)硬件实验板和快速存储服务器设计并开发了雷达天文基带数据采集与记录系统. 该系统采用CASPER (Collaboration for Astronomy Signal Processing and Electronics Research)提供的图形化FPGA (Field Programmable Gate Array)开发工具流, 设计了双通道、256MHz带宽信号采集和VDIF (VLBI (Very Long Baseline Interferometry) Data Interchange Format)基带数据输出固件程序; 基于HASHPIPE (High Availability SHared PIPeline Engine)多线程管理引擎开发了双万兆以太网口实时基带数据存储程序, 存储带宽达到1GB/s; 最后编写了VDIF格式到雷达天文格式的转换程序. 经过脉冲星信号观测实验检测, 该系统准确、可靠.     

乌站25m射电望远镜天线效率自动测量的软件实现

经常测量天线参数对于改进天线性能以及联测和单天线观测的数据处理都是至关重要的。以前的记录仪手工测量方式,非常繁琐和低效率,不利于对测量结果进行有效的统一管理和深入分析。根据天线效率的测量为例,在PC和Windows2000/XP软硬件平台下统一编程,集成实现天线参数测量的自动化、操作的人性化以及数据分析和曲线拟合的可视化。这将大大降低人工,提高测量效率,更好地保证天线的可靠、高精度的运行以及观测数据的处理。     

1-Gbps VLBI, The First Detection of Fringes

We report on the detection of VLBI fringes from quasars by a new VLBI system operating at 1 Gbps (1024 Mbits-per-second). Newly developed 1024 Msps (mega sample-per-second) AD samplers and 1024 Mbps recorders were used for the observations. A correlator with external buffers was used for the 1024 Mbps correlation processing of the tapes data.Our new VLBI system enabled 1024 Mbps VLBI, and this allowed the sampling of a 512 MHz bandwidth from a radio telescope receiver. This is the highest sampling speed ever used for VLBI, and the widest bandwidth used for VLBI observation. Initial sensitivity as evaluated by SNR comparison with earlier VLBI systems produced results to matched the expanded bandwidth. In our first observations, simultaneous optical fibre linked real-time VLBI observations were made to check the validity of data and precisely detemine the clock offsets among the radio telescopes.     

Study of a Bistatic Radar System Using VLBI Technologies for Detecting Space Debris and the Experimental Verification of its Validity

Space debris are increasing around the Earth. The observation of space debris is a key issue for the investigation and monitoring of space environment. But the observation opportunities and the detection ability are limited in existing monostatic radar systems. This paper proposes a bistatic radar which is composed of a transmitting station and a receiving-only station. A carrier wave modulated by PN-PSK signals is used in combination with a VLBI (Very Long Baseline Interferometry) recorder for range measurement between space debris and stations. The receiving radio wave is processed on the basis of VLBI techniques. Accordingly, the system is shown to have significant advantages over a monostatic radar. We actually formed a bistatic radar system, and observed a satellite in order to experimentally verify the validity. The configuration of the system, data analysis and the experimental results are described.     

Design of a multi-function high-speed digital baseband data acquisition system

A multi-function digital baseband data acquisition system is designed for the sampling,distribution and recording of wide-band multi-channel astronomical signals.The system hires a SNAP2board as a digital baseband converter to digitize,channelize and packetize the received signal.It can be configured dynamically from a single channel to eight channels with a maximum bandwidth of 4096 MHz.Eight parallel HASHPIPE instances run on four servers,each carrying two NVMe SSD cards,achieving a total continuous write rate of 8 GB s~(-1).Data are recorded in the standard VDIF file format.The system is deployed on a 25-meter radio telescope to verify its functionality based on pulsar observations.Our results indicate that during the 30-minute observation period,the system achieved zero data loss at a data recording rate of 1 GB s~(-1)on a single server.The system will serve as a verification platform for testing the functions of the QTT (Qi Tai radio Telescope) digital backend system.In addition,it can be used as a baseband/VLBI(Very Long Baseline Interferometry) recorder or D-F-engine of correlator/beamformer as well.     

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.     

星载氢钟VLBI观测实验及分析

中国计划于2025年左右建立月球轨道VLBI (Very Long Baseline Interferometer)测站,将会搭载被动型星载氢钟作为时间频率标准.由于是首次在VLBI观测中使用星载氢钟,需要研究和验证其可行性.因此,利用星载氢钟作为频率基准开展了VLBI观测.实验时,分别使用主动型地面氢钟和被动型星载氢钟作为频率基准,利用上海天文台佘山25 m射电望远镜和其他测站对我国火星探测器天问一号进行了交替VLBI观测.数据处理分析结果表明,基于地面氢钟与星载氢钟的VLBI残余群时延标准差均在0.5 ns以内,表明星载氢钟可满足深空探测VLBI测定轨的精度要求,验证了其作为月球VLBI测站频率基准的可行性.     

The Experiment and Analysis on VLBI Observations of Space Passive Hydrogen Maser

China plans to establish a lunar orbital VLBI (Very Long Baseline Interferometer) station around 2025, which will carry a space passive hydrogen maser as the time and frequency reference. Since it is the first time to use a space passive hydrogen maser for VLBI observation, its feasibility needs to be studied and verified. Therefore, we carried out VLBI observations using the space passive hydrogen maser as the frequency reference. In the experiment, the active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser were used as the frequency standard, and the alternate VLBI observations of China’s Mars probe TW1 (Tianwen 1) were carried out using the 25 m radio telescope at Sheshan, Shanghai, and other VLBI stations. The results of data processing and analysis show that the standard deviation of VLBI residual group delay based on both active hydrogen atomic clock and space passive hydrogen maser are within 0.5 ns, which indicates that the space passive hydrogen maser can meet the accuracy requirements of VLBI measurement for deep space exploration, and verify its feasibility as the frequency standard of lunar orbital VLBI stations.