乌鲁木齐天文站建立脉冲星相干消色散观测系统

脉冲星发射的辐射信号经过星际介质到达观测天线的过程中,存在色散效应。该效应导致有一定带宽脉冲信号的不同频率成份到达天线时间有延迟,影响对脉冲星的观测。消色散技术是脉冲星观测的关键技术,它对脉冲星观测系统的灵敏度和观测精度至关重要。脉冲星相干消色散过程是:通过对观测信号进行Nyquist采样,对采样数据做傅立叶变换,变换后的频域信号与星际介质Chirp函数乘积,然后再做逆傅立叶变换回时域,得到消色散后的时域信号。乌鲁木齐天文站依托现有的南山25m射电望远镜和VLBI记录终端MK5A系统,自行开发的相干消色散处理软件(Linux操作系统下C语言调用MPI库)和4节点机群系统,建立了脉冲星相干消色散观测系统。     

脉冲星信号相干消色散与非相干消色散的比较研究

脉冲星信号在星际空间传播的过程中,由于星际介质的存在造成观测到的脉冲星信号发生色散,因此需要对接收的脉冲星信号进行消色散,以获得原始的脉冲星信号。目前,消色散方法主要分为两种:相干消色散和非相干消色散。相对来说相干消色散效果彻底,算法较简单,而且能保留原始数据的时间分辨率,不过计算量较大,但是现在快速进步的计算机技术已经使计算量的问题得到很好的解决。为了精确了解两种消色散方法的区别,利用相关系数的方法定量地比较了相干消色散、非相干消色散两种方法的效果:在一定的频率值之下,前者得到消色散效果优于后者。同时确定两种消色散方法在效果相同时的观测频率。     

基于小波变换的脉冲星弱信号的去噪方法研究

利用小波变换去除噪声的基本原理和方法及消色散方法对毫秒脉冲星极弱信号进行了提取,并对噪声进行了最佳阈值选取实验研究,实现了脉冲星弱信号消色散积累后的检测和抑噪.并研究了软硬阈值估计子等不同阈值消噪技术,进而对PSR 0437-4715信号采用不同方法去噪后的结果进行了分析比较,认为在最大分解层数J=5时对脉冲星信号处理有普适意义.研究结果认为基于小波变换的消噪方法是一种提高信噪比、展示噪声和突变信号的优越方法.     

基于GPU的非相干消色散算法

针对脉冲星信号实时消色散处理的需求,实现了基于图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)的非相干消色散算法。采用高性能并行计算方法对非相干消色散算法的多线程处理进行了深入研究,提出了算法的并行化加速方案,解决了消色散算法计算量大、无法实时处理的问题。分析算法的密集型计算部分,高效利用图形处理器的层次存储结构,提高了图形处理器的资源利用率,减少了计算时间,显著提升了非相干消色散算法的计算性能。     

基于零拷贝的脉冲星GPU相干消色散算法

射电脉冲信号在传输过程中受到星际介质的影响,脉冲轮廓展宽变形,在研究过程中需要对信号进行消色散处理。设计并实现了基于零拷贝的脉冲星数据图形处理器(Graphic Processing Unit, GPU)相干消色散算法,采用设备内存映射以消除主机到设备的拷贝开销,利用统一计算设备架构(Compute Unified Device Architecture, CUDA)的cuFFT库进行多批次傅里叶变换以提高离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)的效率,同时采用多线程实现了传递函数的加速计算。实验结果表明,与传统中央处理器及图形处理器算法相比,本文的算法在数据量大时表现良好。     

基于Mark5B＋GPU脉冲星观测系统

云南天文台40m射电望远镜进行的脉冲星观测数据量巨大,必须实现数据的实时处理,否则将会产生海量的数据积压.为实现这一目标,采用图形处理器架构,对Mark5B数据进行解码、消色散、折叠等处理.实验结果表明,对以1s8MB的实时采样,可以在0.51s内处理完成,从而实现了实时处理的要求.首先介绍这一观测系统各部分的图形处理器实现,然后相对于传统中央处理器构架,对各部分的运算速度进行了详细的对比.针对时间开销最大的消色散部分,分析了单次傅里叶变换的数据量大小对执行效率的影响.从系统最终的输出轮廓和柱状图上可以看到实时处理的结果符合要求.最后对存在的问题和未来的工作进行了讨论.     

射电脉冲星搜寻工作的进展

评述了射电脉冲星搜寻及观测研究的巨大贡献和重要意义，分析了影响脉冲星搜寻工作的几个关键因素（如灵敏度，色散，观测频率及设备等），着重介绍和分析了自发现脉冲星（特别是发现第一颗秒脉冲星）以来所进行的卓有成效的脉冲星搜寻工作（包括脉冲星的早期寻，毫秒脉冲星的初期搜寻，高银续脉冲星搜寻，定向搜寻以及进一步的广域深空搜寻等）的情况，结果，意义和进展。     

上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测

介绍上海天文台25 m射电望远镜首次单天线脉冲星观测。2010年4月23日,使用上海天文台位于佘山观测基地的25 m射电望远镜对脉冲星J0332+5434在L波段进行了观测,此次观测使用VLBI终端进行数据采集记录,通过对观测数据进行非相干消色散和周期折叠,成功获得目标源的平均轮廓。此次观测的成功,表明该天线具备开展单天线脉冲星观测的条件,并为上海天文台建设中的65 m天线的天文观测提供了参考,为将来自主研发脉冲星终端进行了技术储备。     

LAMOST望远镜的大气色散校正

大气折射与大气色散会影响大视场多目标光纤光谱观测的质量和效率.一个焦距为20m,焦比为F5、位于北纬40.4°的LAMOST望远镜在中天和中天前后0.75小时产生的色散值,用模拟计算得到结果,并用数值计算得到验证.对校正色散可能用的几种色散棱镜进行了计算分析比较,确定了色散棱镜的型式,并分析了色散棱镜的二级光谱以及色散棱镜在望远镜跟踪过程中的残留色散,及色散棱镜的安装误差.     

乌鲁木齐天文站脉冲星观测研究新进展

乌鲁木齐天文站自 1 999年研制完成 1 .5GHz频段室温双偏振消色散接收系统。 2 0 0 2年又完成 1 .5GHz频段致冷式双偏振消色散接收系统。我们成功地完成了第一个国际合作协议的任务。为在我国建立高灵敏度的观测脉冲星设备和取得优秀的脉冲星观测结果作出了贡献。为了进一步发展乌站脉冲星观测 ,第二个合作协议包括利用致冷式系统进行脉冲星大样本的监测和建立低频段的基带技术的消色散系统。     

A PRESTO-based parallel pulsar search pipeline used for FAST drift scan data

We developed a pulsar search pipeline based on PulsaR Exploration and Search TOolkit(PRESTO).This pipeline simply runs dedispersion,Fast Fourier Transform(FFT) and acceleration search in process-level parallel to shorten the processing time.With two parallel strategies,the pipeline can highly shorten the processing time in both normal searches and acceleration searches.This pipeline was first tested with Parkes Multibeam Pulsar Survery(PMPS) data and discovered two new faint pulsars.Then,it was successfully applied in processing the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope(FAST) drift scan data with tens of new pulsar discoveries up to now.The pipeline is only CPU-based and can be easily and quickly deployed in computing nodes for testing purposes or data processing.     

乌鲁木齐天文站25m天线18cm脉冲星脉冲到达时间观测系统

脉冲星脉冲到达时间观测系统建立在２５ｍ射电天线的１８ｃｍ波段上,消色散采用了２ｘ１２８ｘ２．５ＭＨｚ多通过滤波器和数字化器,数据采集系统由ＰＣ机完成．１９９９年５月至６月间建立了基于常温接收机的到达时间观测系统．观测到的最弱源的平均流量密度为４ｍＪｙ．     

大规模脉冲星候选体信号的无监督聚类分析研究

随着500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)等大型射电望远镜的建设和使用,脉冲星巡天数据进入PB时代.为解决如此大量高速采样的标量数据挖掘问题,促进新天文现象的发现,提出一种基于无监督聚类的脉冲星候选体筛选方案.该方案采用基于密度层次、划分方法的混合聚类算法,结合MapReduce/Spark并行计算模型和基于滑动窗口的分组策略,进而提高大量候选体信号筛选的效率.通过在脉冲星数据集HTRU2 (High Time Resolution Universe)上的对比实验,结果表明该算法能取得较高的精确度和召回率,分别是0.946和0.905,并且当并行节点足够时,该算法的时间复杂度相比串行执行明显下降.可见,该方法为脉冲星观测大数据的分析挖掘提供一种可行思路.     

Processing and Analysis of X-ray Timing Data for Crab Pulsartwo

The X-ray timing data for the Crab pulsar obtained by the Chinese X-ray pulsar navigation test satellite are processed and analyzed. The method to build the integrated and standard X-ray pulse profiles of the Crab pulsar by using the X-ray pulsar observation data and the satellite orbit data is described. The principle and algorithm for determining the pulsar's pulse time of arrival (toa) in the frequency domain are briefly introduced. The pulsar's pulse time of arrival is calculated by using the timing data of 50 min integration for each set of observational data. By the comparison between the observed Crab pulsar's pulse time of arrival at the solar system barycenter and that predicted with the Crab pulsar ephemeris, it is found that the timing accuracy is about 14 μs after the systematic error is removed by a quadratic polynomial fitting.     

四种综合脉冲星时算法比较

由单颗脉冲星定义的脉冲星时受多种噪声源的影响,其短期和长期稳定度都不够好.为了削弱这些噪声源对单脉冲星时的影响,可以采取合适的算法对多个单脉冲星时进行综合得到综合脉冲星时,从而提高综合脉冲星时的长期稳定度.文中介绍4种综合脉冲星时算法:经典加权算法、小波分析算法、维纳滤波算法和小波域中的维纳滤波算法,将这4种算法分别应用于Arecibo天文台对两颗毫秒脉冲星PSR B1855+09和PSRB1937+21观测得到的计时残差并作出比较.     

Research on Ensemble Pulsar Time Based on Observed Data

The applications of pulsar timing to several important aspects are introduced and a skeletal definition of the pulsar time scale is given. By taking advantage of the observational timing data of millisecond pulsars obtained at the Parkes Astronomical Observatory, Australia, the ensemble pulsar time based on 4 millisecond pulsars is built up, the comparison of its stability σz, with that of the atomic time is made, and finally a few of important factors which affect the ensemble pulsar time, as well as their influences on the pulsar timing accuracy and application are analyzed.     

综合脉冲星时的小波分析算法

由单脉冲星定义的脉冲星时受几种噪声源的影响,为削弱这些影响得到一种更稳定的时间尺度,采取将多颗脉冲星定义的单脉冲星时进行综合的分析方法得到综合脉冲星时．用两种方法:经典加权算法和小波分解算法,对PSRB1855 09和PSR B1937 21两颗脉冲星进行综合计算并做出比较,经典加权算法无法兼顾脉冲星不同频率上的稳定度,而用小波分析的方法对PSR B1855 09和PSR B1937 21两颗脉冲星进行综合,能够有效抑制不同频率上噪声的影响,达到更好的效果．