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。     

双目标条纹搜索及GPU加速技术研究

深空探测中探测器处于轨道制动期间,由于预报轨道误差较大,如果用预报轨道模型作为输入,相关处理机有时很难获得清晰的条纹,因此需要快速条纹搜索程序给出准确模型值。针对快速条纹搜索算法,研究基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)硬件平台的加速改进,同时针对后续探月任务中存在两个动态目标的情况,研究能同时计算两个目标的快速条纹搜索算法。     

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 De...     

一种基于多尺度带通滤波的洁化算法与GPU实现

中国新一代射电频谱日像仪——明安图射电频谱日像仪以高时间、高空间、高频率分辨率工作在0.4 GHz~15 GHz,为太阳爆发活动初始能量释放区的物理过程、太阳电子加速等研究开辟了新的窗口。高性能、高质量太阳成像算法是日像仪数据处理流水线至关重要的研究内容。参考法国墨东天文台太阳干涉阵的数据处理方法,系统讨论分析了多尺度洁化(Multi-Scale CLEAN)算法,给出了适用于日像仪的多尺度洁化算法参数,并重点讨论了算法的图形处理器并行实现。实验结果表明,改进的多尺度洁化在算法效率上比基于图形处理器实现的H9gbom CLEAN提高了近3倍,有效提高了整个数据处理流水线的性能。     

面向ONSET实时数据处理的图像选帧GPU技术实现

光学和近红外太阳爆发监测望远镜每天可以获得大量的太阳图像数据,对这些观测数据进行实时选帧处理,一方面可以减轻存储压力,另一方面也可以提高后续图像重建的质量。针对观测过程中的选帧要求,设计并实现了一套基于图形处理器的图像选帧实时处理模块,当前的模块已经实现了平均梯度法和谱比法选帧两种算法的高速并行处理。对模块的实现进行了细致的讨论,并比较了两种选帧方法的加速比。实验表明,该模块运行稳定可靠;从执行效率来看,针对近全日面图像的选帧总体执行时间最快为1.2 s,比原有串行实现提升了7倍;局部面图最快为0.7 s,平均提升了5倍。整体模块的实现与当前性能已经可以满足实时观测与处理的要求。     

用于光学瞬变源搜寻的交叉证认快速算法

现代宽视场光学瞬变源巡天的大数据量特性和数据处理的高实时性要求,对利用星表交叉证认寻找瞬变源的方法提出了挑战.提出了一种基于等经纬分区建立空间索引的快速星表交叉证认算法.该算法通过对参考星表按相同经度和纬度间隔将视场所覆盖的天区划分为一个二维空间网格,并将二维网格直接与二维数组相对应,建立起星表的快速分区索引,从而实现处理速度的极大提升.算法的代码化测试结果为:对于天区覆盖为15°×15°记录条数为22万条的星表,在Intel Core i7 2600k CPU上的运行时间为0.3s,比多级三角划分算法(Hierarchical Triangular Mesh,HTM)快34倍.测试结果表明该算法能很好地满足,如地面广角相机阵这样的大型宽场瞬变源巡天项目的数据处理实时性需求.同时详细地分析了算法中各个参数的意义和优化方法,并对算法的特点和适用范围进行了深入的讨论.     

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。     

基于伽马射线的类轴子粒子探测及暗物质子晕搜寻研究

目前已经有很多观测证据表明宇宙中存在着大量暗物质,其能量密度占据了目前宇宙总能量密度的1/4.根据高精度的数值模拟和引力透镜观测,我们已经对从矮星系到星系团中的暗物质空间分布有了较好的理解,但是对于暗物质究竟是什么我们还一无所知.由此,物理学家提出了很多假想的粒子模型.     

基于实时多系统PPP模糊度固定的时间传递算法

随着RTS (Real-Time Service)工程的发展,时频用户可以运用实时精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术进行时间传递研究.作为RTS工程的主要参与者,CNES (Centre National d’Etudes Spatiales)分析中心开展PPPWIZARD (Precise Point Positioning with Integer and Zero-difference Ambiguity Resolution Demonstrator)工程验证实时PPP模糊度固定技术.为了探究多系统观测值和实时PPP模糊度固定对时间传递的性能提升,在综合GPS (Global Positioning System)、GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System)、 BDS (Bei Dou navigation System)和Galileo的多系统观测值的基础上,使用CNES分析中心播发的实时产品开展PPP时间传递验证实验,检验了4种不同PPP模式的工作性能.实验结果证明,在多种不同工作模式当中,综合运用多系统观测值和GPS模糊度固定技术进行PPP时间传递的标准差结果最小,标准差相比于传统GPS PPP时间传递平均下降38.1%.     

多目标太阳系外行星搜寻技术的研究

搜寻太阳系外行星不仅具有十分重要的天文意义,而且与地外生命的探索紧密相连,关系到人类未来的发展.高分辨率阶梯光栅光谱仪是视向速度法最常用的探测仪器之一,随着探测精度的提高,这种仪器要求更加苛刻的工作环境和更加高昂的研制费用.1997年,David J.Erskine发明了一种视向速度法的改进技术—外部色散干涉技术(EDI).通过将固定延迟迈克尔逊干涉仪与中分辨率光谱仪组合使用,能够有效地提高视向速度的探测精度.大口径大视场LAMOST望远镜配备有16台可切换到     

GPS近实时共视观测资料处理算法研究

GPS共视资料的高精度快速处理可实现近实时共视时间传递，常见的平滑方法不能满足近实时共视的要求。分析GPS共视资料特点，设计一种卡尔曼滤波算法，对共视资料进行近实时处理，以便削弱观测噪声，估计异地钟差，对相距2000多公里的中国科学院国家授时中心(NTSC)与日本通信综合研究所(CRL)，和相距1000多公里的CRL与韩国计量科学研究院(KRIS)的共视观测资料处理结果表明：卡尔曼滤波算法所得钟差与根据BIPMT公报所得钟差的均方根误差分别优于2．9ns和2．6ns，为进一步提高比对精度，最后对近实时共视应用于多站点间相互比对的情况，提出在卡尔曼滤波算法基础上使用间接观测平差处理技术，根据共视网络中站点间距离设置观测权值，通过解矛盾方程组得到两站钟差，以NTSC、CRL和KRIS3站比对为例，以BIPMT公报得到的钟差为标准，对间接观测平差处理前后的数据比较表明，近实时比对精度可进一步提高。     

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。     

基于OpenCL的MUSER CLEAN算法研究与实现

天文软件开发中迫切需要在单机环境下进行高性能数据处理工作,但由于机器配置不同,采用传统的多线程、CUDA(Compute Unified Device Architecture)+GPU(Graphic Processing Unit)等方式都存在明显的局限,不利于天文软件的快速移植和无缝运行.对明安图频谱射电日像仪(MingantU SpEctral Radioheliograph,MUSER)数据处理系统开发中所采用的OpenCL(Open Computing Language)技术进行介绍,并基于OpenCL实现Hgbom CLEAN算法.整体工作通过Python语言和PyOpenCL扩展包实现并行洁化处理.实验结果表明:基于OpenCL实现的CLEAN算法与基于CUDA实现的CLEAN算法具有大致相当的运行效率,同时也可以无需修改代码直接实现纯CPU(Central Processing Unit)环境下的高性能数据处理,解决了对CUDA+GPU环境依赖的问题,在保证MUSER数据处理系统洁化过程性能的基础上,提高了系统对硬件平台的适用性.该工作验证了OpenCL在科学数据处理中的可用性,可以预见:由于OpenCL所具有的异构环境下高性能计算特性,OpenCL将是未来天文高性能软件开发的首选技术.     

暗晕子结构的数值搜寻与统计性质

宇宙学数值模拟预言的暗晕及其子结构的统计性质,被广泛应用于星系形成模型、近邻宇宙学、红移巡天、宇宙大尺度结构、引力透镜和暗物质搜寻等研究领域。在精确宇宙学时代,随着天文观测能力的不断增长,人们对模型精度提出了更高的要求,因此,数值模拟及其分析工具将继续起到不可替代的巨大作用。数值模拟中物质结构的性质往往与具体的搜寻算法有关,从最初通过数值模拟发现子晕到现在的20年里,结构搜寻算法有了极大的发展,新算法不断涌现。了解不同数值搜寻算法的实现及其差异,有助于分析模拟结果的系统差和不确定性,增强研究的可重复性。通过总结现代子晕数值搜寻的基本方法,并以几种典型的搜寻算法为例,探讨了它们之间的异同,及其对相关研究的影响;回顾了子晕的基本统计性质,包括质量函数、空间分布和密度轮廓等,以及这些统计结果对搜寻算法的依赖。此外,还讨论了重子物理的影响。     

黑洞的搜寻和证认(II):脉冲星-黑洞(PSR-BH)双星系统的研究和搜寻

综述了脉冲星-黑洞（PSR－BH）系统的诞生率理论并指出近期发现该系统的可能性。通过综述和分析脉冲星-中子星（PSR－NS）系统的观测特性,特别是脉冲星精确守时性对精确确定双星轨道参量和验证引力理论的重要意义,推测了PSR－BH系统的可能性质,指出发现PSR-BH系统对黑洞的搜寻和最终证认的重要意义。最后简介目前搜寻PSR-BH系统的现状和我们搜寻短轨道周期脉冲双星的计划。     

基于容器的脉冲星数据处理软件部署与测试

随着天文观测技术的飞速发展,天文数据处理软件日趋复杂,天文数据处理环境的部署与管理日渐繁琐。利用容器技术将脉冲星数据处理环境封装成容器镜像并建立私有镜像库,科研人员可以根据数据处理需求选择镜像,实现数据处理环境的快速部署。利用实体计算机、虚拟机和容器中对脉冲星基带数据进行相干消色散处理,对比不同平台的资源利用率与数据处理效率。实验结果表明,容器的性能与实体计算机相近;在多任务并发的数据处理测试中,容器的资源分配更加合理,相较虚拟机可以提高计算资源利用效率。在新疆天文台脉冲星数据处理服务器上实现了基于容器的数据处理架构部署,设计并开发了容器管理图形用户界面,通过优化多用户登录、身份验证、数据卷挂载管理等功能,提高利用容器技术进行天文数据处理的效率。     

碳超丰贫金属拐点星的搜寻与丰度分析

碳超丰贫金属星在老年恒星中的普遍存在使得它成为研究宇宙早期形成和演化的重要对象,具有不同中子俘获元素丰度特征的碳超丰贫金属星有不同的起源。不同于已经历挖掘过程的巨星,主序拐点星能很好地在其表层大气保留形成初期的物质,从而可以追溯到更早期的恒星形成化学环境。通过LAMOST巡天数据选源并利用Subaru/HDS进行后续高分辨率光谱观测了12颗碳超丰贫金属星主序拐点星,其中有10颗星是首次被分析。与已有的碳超丰贫金属星主序拐点星观测样本相比,文中的样本包含了更高比例的中子俘获元素不超丰碳超丰贫金属恒星(CEMP-no星),发生在中等程度碳超丰区域,为其起源研究提供了重要数据。对其中6颗CEMP-no星测定了锂丰度,尤其是其中3颗极贫金属星样本,为探讨[Fe/H]-3.0的碳超丰贫金属星拐点星锂丰度特征提供了重要的新观测数据。新增样本验证了CEMP-no星在[Fe/H]～-3.0附近为锂-正常星,与前人结论一致;而新增的两颗CEMP-s星表现出了中等锂丰度,介于之前的较大锂丰度范围,研究为CEMP-s和CEMP-no的分类提供了辅助约束条件。     

黑洞的搜寻和证认（Ⅱ）：脉冲星—黑洞（PSR—BH）双星系统的研究和搜寻

综述了脉冲星－黑洞系统的诞生率理论并指出近期发现该系统的可能性。通过综述和分析脉冲星－中子星系统的观测特性,特别是脉冲星精确守时性对精确确定双星轨道参量和验证引力理论的重要意义。     

基于脉冲星的星载钟时间修正算法研究

讨论了一种对长期在轨运行的星载钟的钟差进行修正的方法,该方法以导航用毫秒脉冲星作为高稳定度频率源,采用卡尔曼最优估计算法对星载钟进行控制。仿真计算表明,该方法可以有效提高星载钟的长期频率稳定度,增强星载钟的长期自主运行能力。     

一种固定选图数的实时幸运成像算法

幸运成像技术是一种从大量短曝光图像中选取少量幸运好图进行配准、叠加的高分辨率图像恢复技术,能够有效减小大气湍流对图像质量的影响,但传统的基于中央处理器(Central Processing Unit,CPU)的幸运成像算法难以实现实时化.利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,...