基于GPU的HOTPANTS并行优化

HOTPANTS是天文领域的重要工具,它主要是天文图像相减技术的具体实现,在凌日行星观测、引力透镜观测、寻找超新星以及发现天文现象的数据处理中发挥着重要作用。现阶段HOTPANTS经常被用在天文实时观测数据处理的流水线上,但是HOTPANTS在处理大规模的天文图像(7 K×7 K-10 K×10 K)时十分耗时。在分析HOTPANTS的性能瓶颈之后,提出并实现了基于图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的HOTPANTS的并行优化方法。优化的HOTPANTS在处理大规模图像时,整体性能提升了2~3.5倍,卷积部分计算效率提升了6~13倍,并且通过图形处理器优化之后HOTPANTS的误差在天文领域是可以接受的。     

PRESTO单脉冲搜索的算法优化及其并行化

随着快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)及旋转射电暂现源(Rotating Radio Transient, RRAT)等一些没有明显周期的天体被发现以来,单脉冲搜索受到研究人员广泛关注。同时随着射电望远镜设备日趋完善,更高分辨率和更广阔的观测空间产生的观测数据量剧增,观测数据的快速处理迫在眉睫。介绍了PRESTO(PulsaR Exploration and Search TOolkit)中单脉冲搜索,使用Cython编程方式对单脉冲搜索中去趋势(Detrend)算法进行优化,并通过Ray框架实现单脉冲搜索在中央处理器(Central Processing Units, CPU)上并行化。实验结果表明,算法优化后的单脉冲搜索并行化,能明显提升搜索程序性能,显著缩短数据处理时间,同时该并行策略仅基于中央处理器,无需修改代码即可在纯中央处理器环境下实现高性能数据处理。     

一种基于CLEAN方法的小图像恢复快速算法

针对小分辨率图像恢复 ,分析了小分辨率图像中使用CLEAN技术的特殊性 ,并根据H¨ogbom的CLEAN技术核心思想 ,提出了对CLEAN技术的改进 ,并将改进后的CLEAN方法与其它图像恢复方法进行了比较 ,在小图像恢复的效果和算法执行速度方面都取得了较好效果。     

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。     

基于DDS技术的Loran—C信号源的杂散信号抑制的分析与实现

采用直接数字频率合成（DDS）技术设计的Loran—C信号源,具有输出杂散多且难以预测的缺点。基于对DDS基本原理的研究分析,针对DDS输出信号存在的相位舍位杂散问题,对其关键部位的相位累加模块进行优化设计,并基于FPGA技术,在QuartusII环境下完成了对Loran．C信号源的实现与仿真验证。结果表明,通过优化的设计算法能够产生失真小,稳定度好的输出波形,从而验证了该方法抑制杂散的有效性与可行性。     

AST3图像相减测光模板系统设计

AST3是将要安装于位于南极内陆冰穹A的昆仑站的3台口径50 cm的施密特望远镜,寻找变源(尤其是瞬间变源)是其科考目标之一,需要通过图像相减测光方法实现.首先需要根据初期的观测数据生成标准模板图像,而后在长期观测过程中,将模板图像与新观测到的图像进行相减测光处理,从而发现变源.模板在观测中起着举足轻重的作用,给出了模板制作的流程,并且验证了其可实现性和功能的正确性.     

基于图像的天体搜索研究与自动化集成软件开发

天体搜索是天文数据处理流程的一个重要环节,也是以平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array, SKA)为代表的下一代射电望远镜在面向海量数据处理中的挑战之一.现今天体自动搜索算法、软件已日趋成熟并投入应用,不过在自动化、兼容性等方面仍具有提升空间.以更自动化、更适应海量数据需求的天体搜索算法研究为宗旨,以现有算法为研究基础,天体自动搜索软件系统得到设计和开发.该系统包含友好的交互式用户操作界面,具备可视化输出数据显示、兼容不同数据输入和输出并包含为实际应用服务的文件管理功能.该系统对于大天区图以及图像集,均能够很好地进行自动化处理.测试结果显示,上述方法对于天体搜索的改进有一定成效.后续将在此基础上对该集成系统做进一步的改进开发,以适应更多的需求.     

基于OpenCL的射电干涉阵成像网格化算法实现

天文软件开发与应用中迫切需要在单机环境下进行高性能的科学数据处理,由于机器配置不同,采用传统的CUDA+GPU技术存在明显的局限,不利于天文软件的快速移植和无缝运行。针对明安图射电频谱日像仪数据处理中的网格化(Gridding)算法,采用并行计算OpenCL技术进行多线程编程实现。实验结果表明,基于OpenCL实现的网格化算法不仅能够在图形处理器上运行,而且能够在纯中央处理器上运行。当选择在图形处理器上执行时,算法的执行效率与基于CUDA实现的网格化算法执行效率大致相当,但算法不局限于NVIDIA GPU,解决了算法对CUDA+GPU的依赖;同时算法也能在纯中央处理器上较快速地执行,适用于单机模式下进行天文软件的开发和测试,也便于天文软件的应用与推广。     

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.     

Implementation of an optimized Cassegrain system for radio telescopes

We present the antenna design for a radio interferometer, the Arcminute Microkelvin Imager, together with its beam pattern measurement. Our aim was to develop a low-cost system with high aperture efficiency and low ground spill across the frequency range 12–18 GHz. We use a modified Cassegrain system consisting of a commercially available paraboloidal primary mirror with a diameter of 3.7 m, and a shaped secondary mirror. The secondary mirror is oversized with respect to a ray optics design and has a surface that is bent towards the primary near its outer edge using a square term for the shaping. The antennas are simple to manufacture and therefore their cost is low. The design increased the antenna gain by approximately 10 per cent compared to a normal Cassegrain system while still maintaining low contamination from ground spill and using a simple design for the horn.     

SVOM数据档案库软件原型系统的设计与实现

作为中法天文卫星(Space multi-band Variable Object Monitor,SVOM)中方科学中心的重要组成部分,中法天文卫星数据档案库承担了中方科学数据产品本地存储和管理的任务,提供统一的数据产品管理平台,实现中法天文卫星科学数据产品的归档、检索、检出、维护与管理等功能。作为中法天文卫星科学中心预研的一部分,对中法天文卫星数据档案库原型系统进行了需求分析、系统设计,实现能够运行的原型系统,以演示中法天文卫星数据档案库的基本功能和工作流程,验证设计方案的可行性。档案库原型系统具有开放性和低耦合的特点,能够适应中法天文卫星中方数据产品结构的不断变化,在项目早期即可投入试用并不断完善,满足中法天文卫星的任务需求。     

脉冲星数据比对分析和可视化系统设计与实现

脉冲星数据比对分析和可视化系统(PSRDB,URL:http://www.psrdb.net/),由FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)早期科学数据中心团队为快速开展脉冲星候选体比对分析和数据管理研发.通过前端数据提交页面,接收和维护来自FAST及其他研究机构的候选体数据.目前,PSRDB已收录自1967年人类发现第1颗脉冲星以来所有公开文献发表的2811颗脉冲星样本,并采集了当前主要巡天项目尚未正式发表的源和候选体,如FAST多科学目标同时扫描巡天(CRAFTS)候选体数据.基于入库基础数据,利用位置、周期、色散等参数进行比对分析,辅助科研工作者在线检索匹配已知星表数据,最后将检索匹配、比对分析结果生成图表供进一步分析.目前,PSRDB已被应用于FAST脉冲星搜寻和候选体数据管理.未来,PSRDB可在新源认证、后随观测、观测计划制定和原始数据处理流程设计等方面提供数据和工具支撑.     

A Hybrid Algorithm for Spectral Analysis

In this paper we present a method that combines evolution strategies (ES) and standard optimization algorithms to solve the problem of fitting line profiles of stellar spectra. This method provides a reliable decomposition and a reduction in computing time over conventional algorithms. Using a stellar spectrum as input, we implemented an evolution strategy to find an approximation of the continuum spectrum and spectral lines. After a few generations, the parameters found by ES are given as starting search point to a standard optimization algorithm, which then finds the correct spectral decomposition. We used Gaussian functions to fit spectral lines and the Planck function to represent the continuum spectrum. Our experimental results present the application of this method to real spectra, showing that they can be approximated very accurately. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Implementation of an N-body code in a HP 1000 computer

We describe the implementation of Aarseth's NBODY2 code on a HP 1000 computer. We use the Extended Memory Array (EMA) feature with this code in order to investigate problems that include several hundreds of bodies, but the use of EMA requires some care in order to avoid large increases in computing time. The Vector Instruction Set (VIS) feature, a group of arithmetic subroutines that operates on arrays of floating point numbers and significantly reduces the computing time, turned out to be of little value for this application. We present the computing times demanded by two different problems for a variety of programs, including EMA and VIS. Finally, we present mass loss and mass accretion results for several simulations of galaxy-galaxy encounters performed with our implementation of the NBODY2 code.