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。     

基于Dask并行加速的射电干涉成像网格化方法实现

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)比傅里叶变换有更好的算法性能,是射电干涉成像的基础算法,但因为天线阵列的不规则采样,需使用网格化算法将可见度数据重采样到规则的网格上才能应用。基于卷积的网格化计算具有密集型和迭代型的特点,特别是处理海量可见度数据的情况下,高性能的网格化计算对整个成像过程加速尤为重要。为了缓解数据处理的压力,在现有处理整块数据和支持多核计算的算法基础上,拓展应用Dask并行计算框架,不仅将数据分块并分配到多线程上,提高数值计算效率,而且动态的分布式任务调度策略优化了网格化的实时处理。实验结果表明,多核中央处理器利用率显著提高,即使增加数据量,也能进一步提高网格化算法的性能。分布式任务调度能够将单(多)测量集的网格化弹性缩放到单(多)机系统,充分发挥集群的规模化优势。     

中国频谱射电日像仪FITS-IDI文件格式研究

我国新一代中国频谱射电日像仪（Chinese Spectral Radio Heliograph,CSRH）原始观测数据采用自定义格式,在进行后续处理与共享使用时必须转换相应的格式.在分析FITS-IDI（FITS Interferometry Data Interchange）格式的基础上,结合CSRH的实际观测模式与数据产出方式,定义与设计了符合项目情况的FITS-IDI格式及字段,并对FITS-IDI文件中若干字段的值如何获取、计算进行了深入讨论.根据定义生成的FITS-IDI文件已成功导入CASA软件,并可以进行后续处理.经过对CASA测量集文件的核实,证明了数据生成的正确性.本研究有效地推进了CSRH的建设工作,也对其他射电干涉阵数据存储有一定的参考价值.     

太阳射电日像仪的进步与发展

叙述了太阳射电天文和太阳物理上作出过杰出贡献的几个射电日像仪的概况及其进步与发展,并简述了未来射电日像仪可以完成的科学目标以及应具有的特点,以期为在２１世纪我国实现“一颗空间Ｘ射线卫星、一座红外太阳塔和一台射电像仪”的宏伟构想提供研制依据。     

明安图射电频谱日像仪图像的强度定标方法

明安图射电频谱日像仪(Mingantu Spectral Radioheliograph, MUSER)能够在0.4--15GHz超宽频带内实现高时间、高空间、高频率分辨率的太阳射电成像. 而射电亮温度是描述太阳物理过程的一个重要的参数, 在研究不同射电辐射机制、太阳磁场以及太阳爆发过程中非热粒子加速等问题上有着非常重要的作用, 因此必须对MUSER观测的图像进行亮温度定标. 将介绍一种适用于射电日像仪图像强度定标的方法. 太阳射电图像中包含着太阳圆盘的结构信息, 利用射电日像仪短基线的可视度函数拟合第一类贝塞尔函数, 可以得到图像中宁静太阳圆盘的射电半径和强度, 再利用瑞利-金斯定律和每天的太阳射电流量可以计算得到每天图像的定标因子$G_c$, 从而实现对MUSER图像强度的定标. 将该方法应用到MUSER的实际观测数据中, 包括宁静太阳和有太阳射电爆发等不同的情况, $G_c$的误差基本不超过10%, 得到的宁静太阳亮温度与其他宁静太阳的结果具有较高的相关性, 表明了此方法的可行性和有效性.     

双天线干涉实验中的数据处理

主要根据我们实现的相关函数的获取方式，讨论对数据后处理的理解。     

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．     

用于双天线干涉实验的数字相关接收机

介绍了用于双天线干涉实验的数字相关接收机器的构成和信号处理过程。     

射电干涉阵GPU相关器的研究初探

射电干涉仪阵列规模的不断扩大使其观测能力越来越强,但与之俱来的密集型数据的实时处理对传统解决方案的性能和成本等带来巨大的挑战,针对该挑战设计并验证了GPU解决方案。首先着重分析了射电干涉仪的相关器在运算和传输等方面的基本需求,然后根据射电干涉阵列信号的特征,尝试了多种GPU相关器模型,通过将相关器的计算任务有效映射为GPU线程模型,显著提高了GPU的利用率,使单GPU的实际计算性能达到了理论峰值性能的77%。最后以我国正研制的天籁计划为依托,开展了多种关键技术的先导实验,为进一步在GPU集群环境下针对大型射电干涉仪的需求研发一套同时兼备成本低、性能高、功耗少等优势的相关器打下了坚实的基础。     

太阳低频射电干涉阵的构建仿真

介绍了低频射电干涉阵的发展情况、研究领域,讨论了国际上的LOFAR、LWA和MWA等低频射电项目.借鉴当今的低频射电项目,结合云南的地理和太阳射电优势,设想在云南省内构建一个太阳低频射电干涉阵,观测频率在30 MHz～250 MHz范围内,文中仿真了太阳低频射电干涉阵(4台站),比较和分析了通过优化算法得到的阵列的UV覆盖、脏束(Dirty beam);讨论了低频射电干涉阵的观测模式、射电干扰、低频射电成像等问题;分析低频射电阵在观测太阳爆发性活动产生的日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections,CME)、耀斑、射电爆发的可能性;通过上述的仿真和分析构建太阳低频射电干涉阵面临的问题,可以为今后建立阵列提供依据.     

宽视场成像网格化算法中w-plane最优经验值研究

射电干涉阵列宽视场成像网格化处理过程中必须考虑w项的影响。w-projection和w-stacking是两种重要的宽视场成像网格化处理算法,w-plane参数是算法中影响计算速度和成图质量的一个重要因素。研究了w-projection和w-stacking两种网格化算法,利用SKA-1低频阵台站数据和ASKAP软件包进行模拟观测,对两种算法在不同w-plane参数取值情况下的成图速度和成图质量进行了定量分析对比。结果进一步表明,w-plane是性能改善的重要参数。针对w-projection算法,w-plane取值应比一般给定的经验值大才能得到较好的成像效果。w-stacking算法虽然有很大的速度优势,但算法实现中w-plane的影响更为显著,给出了推荐的w-plane取值。本文的工作是大视场成像算法的基础性研究工作,对未来平方千米阵列科学数据处理中的管线设计有较好的参考价值。     

基于分布式执行框架的低频射电干涉阵列成像管线优化

平方公里阵列(Square Kilometre Array,SKA)项目是建设全球最大射电望远镜的国际合作项目,其灵敏度和测量速度将比当前所有的射电望远镜都要高出一个数量级.连续谱巡天是SKA的主要观测模式之一,基于连续谱成像建立巡天区域的标准星图,将能为后续天文科学研究奠定重要基础.银河系与河外星系全天默奇森宽场阵列拓展巡天(GaLactic and Extragalactic All-sky Murchison Widefield Array survey eXtended,GLEAM-X)是2018—2020年利用SKA先导望远镜默奇森宽场阵列(Murchison Wide-field Array,MWA)二期拓展阵列开展的新的射电连续谱巡天项目,观测期间积累了大量的低频巡天观测数据.海量观测数据的自动化、大批量处理是SKA望远镜项目所面临的的最大挑战和难题之一,基于分布式执行框架的成像管线优化经验将有助于解决海量数据处理问题.详细介绍了GLEAM-X成像管线并对其进行整合和改进,在中国SKA区域中心原型机(China SKA Regional Centre Prototype,...     

基于现场可编程门阵列的幸运成像算法的实现

幸运成像技术是用于消除天文图像中大气湍流影响的高分辨率图像重建技术,传统的基于中央处理器的幸运成像算法难于实时化。利用现场可编程门阵列并行处理的优势,设计了一种基于现场可编程门阵列的幸运成像算法并构建了一个实验系统。该系统用现场可编程门阵列完成了选图、配准、叠加的全部幸运成像算法流程,所得高分辨率图像与基于传统中央处理器算法处理的结果完全相同,但幸运成像算法的处理速度比传统中央处理器的处理速度快19倍。该算法在现场可编程门阵列上的实现,为幸运成像技术的实时或准实时化提供了一种可行的方案。     

Research on Wide-field Imaging Techniques for Low-frequency Radio Arraytwo

Wide-field imaging of low-frequency radio telescopes is subject to a number of difficult problems. One particularly pernicious problem is the non-coplanar baseline effect. It will lead to distortion of the final image when the phase of $w$-direction called $w$-term is ignored. The image degradation effects are amplified for the telescopes with a wide field of view. This paper summarizes and analyzes several $w$-term correction methods and their technical principles. Their advantages and disadvantages are analyzed after comparing their computational cost and computational complexity. We conduct simulations with two of these methods, i.e., faceting and $w$-projection, based on the configuration of the first-phase Square Kilometre Array (SKA) low-frequency array. The resulted images are also compared with the result of the two-dimensional Fourier transform method. The results show that the image quality and correctness derived from both faceting and $w$-projection are better than the two-dimensional Fourier transform method in wide-field imaging. The effects of the number of facets and the $w$-direction step length on the image quality and running time are evaluated. The results indicate that the number of facets and the $w$-direction step length must be reasonable. Finally, we analyze the effect of data size on the running times of the faceting and $w$-projection algorithms. The results show that the faceting and $w$-projection algorithms need to be optimized before the huge amount of data processing. The research of the present paper initiates the analysis of wide-field imaging techniques and their applications in the existing and future low-frequency arrays, and will foster their applications in even broader fields.     

基于Web Services的星历计算服务平台设计及其实现

为克服复杂耗时的星历计算,基于兼备计算精度高、时间跨度长、内容丰富等优点的Swiss Ephemeris星历计算程序包,利用JNI和Web Service等新兴的技术,我们设计出了一套面向星历研究人员和天文程序开发人员的星历计算服务平台——China-VO Ephemeris WS,并且以日食带的中心食带绘制为例,具体介绍了China-VO Ephemeris WS的功能和使用。     

大面积硅微条探测器在轨数据压缩算法的设计与实现

硅微条探测器具有位置分辨高、响应快、低噪声、低功耗等优点,广泛应用在各大加速器试验中,测量粒子径迹.新世纪以来,逐渐应用于空间探测领域.计划中的"悟空"2号暗物质粒子探测卫星的硅微条探测器将至数十万计,将产生海量的原始数据.如何实现探测器快速实时的数据压缩,是其需要解决的一大难题.立足于面向空间应用的硅微条探测器在轨实时压缩算法,算法采用FPGA (Field-programmable Gate Array)搭建流水线结构的方式实现,在提高系统集成度、节省逻辑资源的同时,批量数据处理时最高可将数据压缩率提升至38.4 M通道/s.算法结构具有通用性,设计思想和方案将为"悟空"2号的径迹探测器的研制提供参考.     

基于RFID的智能语音导游系统的设计与实现

提出一种基于射频识别和单片机技术的智能语音导游系统的设计和实现方案,阐述了系统的工作原理,详细介绍了系统各模块的硬件实现方法以及模块间的接口电路,并给出导游系统工作的软件流程图.通过测试表明,该导游系统可智能定位,具有支持长时间语音播放及易于语音信息更新等优点.     

Research and Test of Real-time Search Algorithm of Fast Radio Bursts Based on GPU Acceleration

In order to satisfy the research need of Nanshan 25 m radio telescope of Xinjiang Astronomical Observatory (XAO) and study the key technology of the planned QiTai radio Telescope (QTT), on the basis of the original CPU (Central Processing Unit)-based real-time search algorithm of FRBs (Fast Radio Bursts), we have studied the GPU (Graphics Processing Unit)-based real-time search algorithm of FRBs, and built the corresponding real-time search system of FRBs. We have made the comparison and analysis on the GPU system and CPU system, the test result shows that under a given searching accuracy, the speed of the GPU-accelerated algorithm is improved by 35–45 times compared with that of the CPU algorithm.     

基于天文开源软件的卫星干涉测量数据处理系统

VLBI (Very Long Baseline Interferometry)技术观测卫星需要对干涉测量数据进行相关和后处理,通过相关、时延校准、条纹搜索,最终得到卫星的基线几何时延.基于天文开源软件建立起一套卫星干涉测量数据处理系统.该系统可工作在实时和事后两种状态,实现相关、中性大气、电离层、钟模型以及仪器硬件的时延校准、条纹搜索、生成基线时延和时延率序列.使用该系统处理北斗GEO (Geosynchronous Earth Orbit)卫星的干涉测量试验数据,得到了精度在1–2 ns量级的卫星基线时延序列.