课题基金 / 基金详情

云台40米射电望远镜脉冲星后端实时pipeline关键技术研究

批准号:
12063003
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
戴伟
依托单位:
学科分类:
射电天文技术和方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
戴伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
脉冲星的宽带观测面临着海量的实时数据采集和处理的挑战,而当前国内的高性能的脉冲星观测后端数据处理系统主要还是由国外引进。本项目针对中科院云南天文台40米射电望远镜宽带脉冲星后端处理的实际需要,研究用户空间态的下海量实时数据采集,GPU/CPU异构并行的海量数据实时处理,脉冲星数据管线构建,以及基于轻量级容器Docker技术的敏捷化部署的关键技术与方法。在40米射电望远镜上实现一套自主研发的高性能的数字观测后端,为脉冲星到达时间、单脉冲等观测提供高性能实时相干消色散处理。本项目的关键技术,可用于快速构建脉冲星实时数据处理管线,其数据采集、解码、消色散、持久化、归档和可视化等可重用组件,为非相关消色散、谱线等观测模式的扩展提供支撑,同时也对云台筹建中的景东120米射电望远镜的后端系统的设计有着较好的参考价值。
英文摘要
The wide-band observations of pulsars face the challenge of massive real-time data acquisition and processing. Currently high-performance pulsar observation back-end data processing systems are mainly imported from abroad. This project aims at the actual requirements of the processing of pulsar backend at the 40-meter radio telescope of the Yunnan Observatory of the Chinese Academy of Sciences. Based on the previous work, it focuses on massive real-time data acquisition based on the user-space IO in a high IO network environment, massive real-time data handling based on GPU/CPU heterogeneous parallelism, key methods for the construction of pulsar data pipelines, and the astronomical real-time processing cluster agile construction and deployment based on lightweight container Docker technology. A self-developed high-performance observation back-end will be implemented on the 40-meter radio telescope, providing high-performance real-time coherent de-dispersion processing for time of arrival, single-pulse observations and other observations. The key technology of this project can be used to rapidly construct a real-time data processing pipeline for pulsar observations, and its reusable components such as data acquisition, decoding, de-dispersion, persistence, archiving, and visualization can be used as incoherent de-dispersion, spectral lines modes. It also has a good reference value for the design of the back-end systems of JingDong 120-m radio telescopes in the future.
脉冲星是大型射电望远镜的主要观测目标之一。随着脉冲星研究的不断深入和数字技术的迅速发展,对脉冲星数字终端的性能要求也在不断提高,观测带宽、时间分辨率和频率分辨率的更高需求带来了射电天文数据实时采集和处理的巨大挑战。本项目针对中科院云南天文台40米射电望远镜宽带脉冲星后端消色散处理的实际需求,围绕三个方面开展了研究:(1)海量观测数据的实时采集;(2)CPU/GPU 异构计算环境下的消色散算法并行与加速;(3)面向实时数据处理pipeline的框架等相关内容。项目的主要研究成果包括:(1)按计划实现了基于开源数据平面开发工具集DPDK的精简协议栈的数据采集库,能够提供用户可控和编程友好的高性能报文处理能力;此外,项目还实现了基于Linux内核XDP技术的数据采集方法,提供更好的硬件兼容性和扩展性。(2)对脉冲星消色散处理的相关算法,包括解码、相干消色散、卷积滤波、偏振检测、周期折叠等关键算法进行了并行实现。(3)实现了用于快速开发数据管线的软件框架,该框架结合了高级Python调用、环形缓冲、数据采集模块库和消色散处理的CPU/GPU计算模块库。项目还针对脉冲星信号处理中涉及的RFI去噪,实时数据管线和批处理作业在计算集群上的调度,以及管线和设备的协同控制框架技术进行了研究,取得了初步的研究成果,促进了在该领域的技术发展。项目的主要研究成果已经应用在云南天文台40米射电望远镜的消色散后端试观测,能够满足目前实时基带数据的采集和处理需求,同时,项目还在中国SKA低频阵列先导试验阵列进行了测试验证。项目的研究成果对射电天文领域的海量数据流采集和处理具有较好的借鉴意义。也对云台的景东120米射电望远镜的后端系统的设计有着较好的参考价值。项目组目前已发表相关论文15篇。获得授权发明专利3项,申请并受理发明专利1项,获得软件著作权5项。项目组共培养了8名硕士研究生,其中6人已顺利毕业。
基于云计算的虚拟天文台关键技术研究
  • 批准号:
    11103005
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    戴伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金