• SKA低频成像管线并行优化

    分类: 计算机科学 >> 计算机科学技术其他学科 提交时间: 2022-06-28

    摘要:

    平方公里阵列 (Square Kilometre Array, SKA) 射电望远镜的数据处理是通过管线方式进行的, 管 线的执行效率是 SKA 区域中心考虑的重要因素. 连续谱成像观测是 SKA 的主要观测模式之一, 也是许 多科学工作的基础. 本文以 SKA 低频先导设备 (Murchison Widefield Array, MWA) 的成像管线为例, 在 中国 SKA 区域中心原型机 (China SKA Regional Centre prototype, CSRC-P) 上进行并行处理管线优化. 以往的优化方案都集中在少数性能热点, 缺乏对整体管线的系统优化, 导致整体加速比相对较低. 针对这一 问题, 本文提出了一种全局优化方案, 针对管线使用多种编程语言、图像数据可独立处理的特点, 综合使用 C + + 多线程、Python 多进程、Shell 多任务并行等优化方法, 并验证了优化结果的准确性. 实验表明, 优 化后的代码在 CSRC-P 的 x86 节点和 ARM 节点上分别获得了 2.7 和 2.4 倍加速. ARM 计算节点展现出 对 SKA 应用良好的适应性. 本文的优化策略和方法也适用于其他 SKA 科学应用, 对 SKA 先导望远镜的 科学运行和未来的运行有帮助.

  • 面向SKA1时代的科学数据流及阵列模拟分析

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-06-28

    摘要:作为下一代射电望远镜,平方公里阵列望远镜(SKA)经过多年的筹备,第一阶段(SKA1) 已经在2021年7月开工建设,SKA1正式运行后预计每年将产生750PB的科学归档数据,这些数据将存储在世界各地的SKA区域中心供科研工作者使用。本文将SKA观测台站、中央信号处理器、科学数据处理及区域中心等各个阶段的模型进行量化分析,以SKA1的高优先级科学观测为主要依据,得出每个阶段的数据流评估情况,以及对科学数据处理算力的需求。以当前SKA1-Low和 SKA1-Mid的阵列为例,总结了包括分辨率、灵敏度、UV覆盖等影响干涉阵列布局的关键因素;最后使用OSKAR进行干涉阵列的数据模拟,通过对SKA1-Mid的模拟得出系统的可扩展性和稳定性,通过对SKA1-Low在CSRC-P上的模拟,可以看出中国SKA区域中心原型机设计经过了充分的论证和优化,并得出了详细的算力需求以及数据量的详细信息。SKA对数据处理、计算、存储等的需求,将需要电子、通信、信息、计算机等技术和交叉学科的联合推动。

  • 中国SKA区域中心跨洲际高速数据传输进展及展望

    分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2022-06-28

    摘要:

    平方公里阵列望远镜(SKA)作为最大的射电望远镜,其观测产生的数据将首先由澳大利亚和南非两个台址国传输到百公里左右的科学数据处理中心,然后通过高速网络分发到上万公里距离的各个SKA区域中心。具有SKA 10%规模的SKA1阶段,每年预计有750PB的数据需要通过至少100Gbps的网络分发到各个SKA区域中心(SRC),如此高的网络带宽和数据规模对数据的传输分发带来极大挑战。本文通过对TCP/UDP/HTTP等不同网络协议的分析,并使用当前射电天文领域不同的软件进行测试和研究,得出了目前在10Gbps网络的基础设施下最佳的传输方案参数,文中讨论了影响高速传输的因素,给出了相应的性能优化的策略,在SKA1真正的观测数据产生之前,将为中国SKA区域中心的网络建设和布局提供技术基础。描述的技术细节和方法可供相关科学应用参考和使用。最后讨论并展望了未来SKA网络需求的挑战。

  • 中国SKA区域中心原型系统 -- 软件平台

    分类: 天文学 >> 天文仪器与技术 提交时间: 2022-06-25

    摘要:

    平方公里阵列(Square Kilometre Array, SKA)射电望远镜将在多个科学方向取得革命性的突破, 而SKA软件系统是影响科学产品的关键因素之一. SKA区域中心是天文学家进行SKA数据分析、科学研究和学术交流的平台. 处理SKA科学数据的软件环境需要具备通用性、灵活性和高适应性. 中国科学家已经建成了中国SKA区域中心原型机, 部署了被大型超级计算机广泛使用的作业调度系统, 并安装了能够处理当前主流射电望远镜观测数据的天文软件, 还部署了多个科学数据处理流水线, 以方便不同科学方向的观测数据的自动化并行处理. 本文介绍了中国SKA区域中心原型机的软件平台和处理SKA先导望远镜数据的流水线, 包括低频连续谱成像管线、谱线成像管线、以及甚长基线干涉测量数据处理管线. 国内外用户已经基于该平台成功开展了SKA相关科学研究. 该平台的建设和运行为未来全面建设中国SKA区域中心提供了宝贵的实践经验.

  • A simulation study of GNSS-R polarimetric scattering from the bare soil surface based on the AIEM model

    分类: 地球科学 >> 地球化学 提交时间: 2019-04-10

    摘要: In the past two decades, Global Navigation Satellite System-Reflectometry (GNSS-R) has emerged as a new remote sensing technique for soil moisture monitoring. Some experiments showed that the antenna of V polarization is more favorable to receive the reflected signals, and the interference pattern technique (IPT) was used for soil moisture and other geophysical parameters retrieval. Meanwhile, the lower satellite elevation angles are most impacted by the multipath. However, electromagnetic theoretical properties are not clear for GNSS-R soil moisture retrieval. In this paper, the Advanced Integral Equation Model (AIEM) is employed using the wave synthesis technique to simulate different polarimetric scattering at the specular directions. Results show when the incidence angles are larger than 70º, scattering at RR polarization (The transmitted signal is Right Hand Circular Polarization (RHCP), while the received one is also RHCP) is larger than that one at LR polarization (The transmitted signal is RHCP, while the received one is Left Hand Circular Polarization (LHCP)), while scattering at LR polarization is larger than that at RR polarization for the other incident angles(1º~70º). There is an apparent dip for VV and VR scattering due to the Brewster angle, which will result in the notch in the final receiving power and this phenomenon can be used for soil moisture retrieval or vegetation corrections. The volumetric soil moisture (vms) effects on their scattering are also presented. The larger soil moisture will result in lower scattering at RR polarization, and this is very different from the scattering of the other polarizations. It is interesting to note that the surface correlation function only affects the amplitudes of the scattering coefficients at much less level, but it has no effects on the angular trends of RR and LR polarizations.

  • 全极化GNSS-R陆面参数延迟多普勒图模型

    分类: 地球科学 >> 大地测量学 提交时间: 2019-04-10

    摘要: 目前,针对GNSS-R的研究多从观测角度出发,对其散射机理研究相对较少。本文针对GNSS-R(GNSS-Reflectometry)反射信号陆面参数的延迟多普勒图理论模型展开研究,对于陆面参数(裸土、植被)的双站散射特性的计算采用修改后的随机粗糙面散射模型和零阶/一阶辐射传输方程模型。通过该模型模拟分析了裸土、植被参数变化时,相应的延迟多普勒图的变化。同时为利用极化信息进行相应地物参数的后向反演,模型中增加全极化计算功能。全极化GNSS+R陆面参数延迟多普勒图理论模型的研究有助于星载数据的解释、地表实验设计、数据仿真和后向反演算法的开发。

  • GNSS-R/IR 土壤水分遥感研究现状

    分类: 地球科学 >> 大地测量学 提交时间: 2019-04-10

    摘要:GNSS-R/IR是利用导航卫星反射信号对地观测的新方式,是国内外研究的热点技术。由于GNSS卫星群主要工作在穿透性比较强的L波段,因此适宜进行地表土壤水分监测。本文根据不同的遥感平台,详细叙述了地基、塔基、机载和星载GNSS-R技术土壤水分监测的发展现状,同时综述了辐射计联合GNSS-R技术进行土壤水分监测的发展状态以及GNSS-R地基和星载接收机的发展现状并探讨了GNSS-R/IR进行土壤水分反演的中的重点和难点内容。

  • 地表冻融状态对延迟多普勒波形和多路径数据影响理论分析

    分类: 地球科学 >> 大地测量学 提交时间: 2019-04-04

    摘要:GNSS-R/IR(GNSS-Reflectometry/Interferometric Reflectometry)遥感是利用导航卫星反射信号或直射信号与反射信号的相干信号对地观测的新兴遥感方式,在国内外引起广泛关注。为将GNSS-R/IR技术的应用领域拓展到地表冻融状态的监测上,本文利用冻融土混合介质介电常数模型计算土壤介电常数,采用双站全极化相干反射率模型和随机粗糙面散射模型, 分别计算了经冻融土反射的GPS相干反射量的镜像反射率,以及GPS非相干反射分量的漫散射特性;并模拟分析了冻融转换时,GPS多路径信息(GNSS-IR)以及包含漫散射信号的延迟多普勒图(GNSS-R)的变化特征。理论研究表明冻融转换过程中,地表介电常数的变化导致GPS多路径信息和延迟多普勒图的明显变化。本文从散射机理上揭示了利用GNSS-R和GNSS-IR遥感进行地表冻融特性监测的理论依据。