中国VLBI网软件相关处理机测地应用精度分析

为支持国际VLBI大地测量数据处理,中国VLBI网(CVN)软件相关处理机完成了功能、性能升级,提高了信噪比,实现了以国际测地通用Mk4格式数据输出结果,可以直接被VLBI通用测地后处理软件用于时延数据解算。本文通过与国外软件相关处理机DiFX的实测数据比对,系统地分析了CVN软件处理机带宽综合残余时延和时延率精度、带宽综合总时延和时延率精度、信噪比和VLBI站坐标解算值。数据显示,CVN软件相关处理机已经达到了测地数据处理的精度要求,可以用于IVS国际联测数据处理。

VLBI软件相关处理机研究进展及其在深空探测中的应用

甚长基线干涉测量(VLBI)是重要的射电天文技术,具有极高的空间分辨率,是国际上广泛采用的深空探测器高精度测量手段,相关处理机则是VLBI数据预处理的核心设备。由于VLBI观测数据的相关处理具有数据密集和计算密集的双重特点,目前绝大多数均由专用的大规模高速硬件相关处理机承担。随着通用计算机性能的迅猛发展,基于通用商用计算机的VLBI软件相关处理机的研究逐渐得到重视,并发展迅速,成为VLBI技术领域新的研究热点。软件相关处理机具有制造价低、复制容易、升级简便等特点,有可能在不久的将来,以深空探测领域为切入点,得以普遍应用,并且在常规天文数据相关处理中替代现有的硬件相关处理机。

VLBI软件相关处理机系统中的数据预处理方法

在绕月探测工程VLBI数据处理中心的软件相关处理机系统中,各VLBI观测站采集的原始数据必须经过预处理才能进行相关处理与条纹搜索等运算。处理机预处理模块对来自各个观测站的MARK 5观测数据进行模式判别、寻找同步头、计算CRC校验码、时间同步等操作,生成时间长度为1min的标准Linux文件,并存放于硬盘阵列上,供相关处理和条纹搜索使用。预处理模块和软件相关处理模块、条纹搜索模块协调配合,保证了软件相关处理机系统在准实时和事后两种观测模式下的性能指标。

VLBI软件件相关处理机现状和发展趋势

相关处理机是VLBI数据处理系统的核心设备。基于计算机集群和高性能并行计算技术研发的软件相关处理机,正逐渐成为VLBI海量观测数据处理的主流,并以其灵活性、扩展性、易用性等特点,在天文、测地和深空探测领域中获得广泛应用。梳理了国内外主流VLBI软件相关处理机系统发展历史和技术架构,并做归纳比较,最后分析未来的应用需求及发展趋势。

应用于深空跟踪测量的VLBI软件相关处理技术

甚长基线干涉测量(VLBI)综合孔径望远镜具有极高的空间分辨率,被广泛应用于深空探测器高精度测量。软件相关处理技术作为新的VLBI信号处理技术在国际上日益受到重视,已成功应用于深空目标跟踪测量。近年来,上海天文台在国内率先开展了有关研究,建立了具备快速条纹搜索、相位校正信号提取功能的深空跟踪VLBI软件处理机系统,并在我国首次月球探测工程和中国VLBI网对欧洲绕月探测卫星SMART-1定轨等重要观测中成功应用。本文介绍了探月工程用软件处理机结构。研究表明,VLBI软件相关处理技术具有结构灵活、使用便捷、可靠性高、扩展方便、易适应新算法等特点,特别适用于深空探测器跟踪测量。

CVN硬盘系统和软件相关处理在e-VLBI试验中的应用(英文)

介绍了中国VLBI网(CVN)的e-VLBI技术研究进展。CVN包括上海佘山、乌鲁木齐南山2个固定观测站和云南昆明的流动站,以及上海天文台的2台站硬件相关处理机。2003年上海天文台自行研制了基于PC技术的VLBI数据记录、回放系统,命名为CVN硬盘系统,并成功将其安置于CVN观测站和处理机系统。硬件处理机经过改造后,已能处理来自硬盘和原有磁带系统的数据。从2003年至今,中国VLBI网采用该硬盘系统进行了多次VLBI观测和e-VLBI试验。在CVN硬盘系统基础上,软件相关处理技术的研究也得以开展。软件相关处理原型程序已经被用于台站条纹检测、卫星条纹搜索和数据处理中。该软件获得的计算结果被成功用于国内第一个3台站卫星VLBI的延迟和延迟率闭合试验,以及国内首次利用VLBI数据进行的卫星定轨试验。除此之外,该软件还用作硬件处理机的条纹引导器。为适应未来“嫦娥”月球探测工程,CVN将扩展成含有4个观测站和2个相关处理机(硬件、软件)的实时VLBI网。今后, e-VLBI将被应用于月球卫星导航以及测地和天体物理的VLBI观测。

VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是 2 0世纪 6 0年代后期发展起来射电干涉新技术 ,自 2 0世纪 70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高 ,利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度 ,进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。

应用于深空探测的VLBI软件相关处理技术

甚长基线干涉测量（VLBI）具有极高的空间分辨率，是国际上广泛采用的深空探测器高精度测量手段。VLBI软件相关处理技术作为新的VLBI信号处理技术在国际上受到日益重视，并越来越多地应用于深空探测器测控。本文概述了VLBI软件相关处理技术在国外深空探测器跟踪项目中的应用现状，并介绍了该技术在我国的发展状况和在绕月探测工程中的应用。

实时VLBI处理机技术

实时处理机是探月工程VLBI测轨分系统数据处理中心的核心设备。软件处理机是自主开发的实时并行信号处理软件,运行于CPU+GPU结构的高性能集群服务器平台,硬件处理机是基于大规模FPGA器件研制的专用高速信号处理机。它们采用FX型结构,具备数据实时接收、解码、相关处理、相位校正信号提取、实时监视等功能。当探测器预报时延模型精度不够时,处理机系统可通过特殊的条纹搜索功能,现场实时自主重构高精度时延模型,引导处理机完成探测器信号相关处理。经过工程验证,月球探测器VLBI测定轨的总实时数据速率达到了512 Mbps。

一种高性能VLBI数据预处理方法及其软件实现

中国VLBI网（CVN）软件相关处理机包括数据预处理、条纹搜索及模型重构、软件相关处理和相位校正信号提取四个模块。提出了一种新的数据预处理方法，可对CVN各观测站生成的Mark5B格式的数据进行网络接收、同步字搜索、时间解码、数据码速率识别、数据纠错、数据有效率统计、测站数据延迟仿真与文件存储等预处理操作。经预处理后的数据可供软件相关处理、相位校正信号提取以及条纹搜索及模型重构等模块或VLBI中心其他软件使用。高性能VLBI数据预处理方法及其技术实现是VLBI软件相关处理机系统正常运行的重要保障。

VLBI相位校正信号提取的软件实现方法

从VLBI相关处理结果中提取的延迟值包括了天线、终端等设备的时延,必须对其加以修正,最终结果才能达到精度要求。提取相位校正信号,可以消除这些设备引入的时延,从而校正同一波前信号到达基线两端的几何时延。该文介绍了提取相位校正信号的原理、算法及软件实现方法。软件采用多线程和SSE技术,具备4台站多通道全部相位校正信号提取能力。

动态双目标VLBI软件相关处理技术研究

本文介绍了应用于中国VLBI网软件相关处理机(CVNScorr)的动态双目标VLBI相关处理技术.嫦娥五号(CE-5)实现了我国首次对地外天体的采样返回,测控目标多、技术难度大.在交会对接过程中,需采用实时同波束VLBI技术完成对轨道器、上升器两个动态目标的高精度测轨, CVNScorr需具备2个相位中心同时处理能力.由于在交会对接、近月制动、动力下降、月面起飞等特殊动力飞行段,预报轨道精度不高,无法获得VLBI高精度时延模型,若采用常规VLBI数据处理方法,无法获取干涉条纹.因此, VLBI相关处理机增加了实时双目标条纹搜索与时延模型重构功能. CVNScorr采用FX型软件相关处理机原理,具备双目标相关处理模块和多信标条纹搜索及时延模型重构功能,可利用测控信号特点,自动搜索多个信标,同时获取两个目标的时延值,重构高精度的时延模型. CVNScorr运行于CPU+GPU混合并行集群平台,利用MPI和GPU等技术实现并行计算,在CE-5任务中实现了中国VLBI网4站双目标实时数据相关处理,并具有6站双目标数据事后处理能力.实时数据率达到128 Mbps/站,VLBI时延精度达到0.4 ns,实时性优于25 s.

VGOS观测网初步观测及其讨论

为满足天文和测地研究需要,国际甚长基线干涉测量(VLBI)服务组织(IVS)提出了新一代VLBI空间测地计划—VLBI全球观测系统(VGOS)。按照VGOS技术规范,我国第一套VGOS系统于2016年初在中国科学院国家授时中心落成。为满足GEO卫星、射电源较差观测需求,需要制作全新的观测纲要。通过选取与卫星近角距的射电源来消除观测系统误差对卫星定轨的影响,最后利用软件相关处理机对观测数据进行相关处理并给出观测的初步结果,结果表明观测达到预计的观测精度。

用于地月空间VLBI的望远镜信号合成增强技术

在我国探月工程四期中,将利用地面望远镜和月球轨道射电望远镜共同组成的超长基线,开展X频段空间VLBI试验.由于地月基线长达400000 km, UV覆盖不均匀,不适合开展常规的VLBI成图观测,相关科学研究应充分利用地月基线高角分辨率的特点并充分考虑其基线灵敏度.该试验中的空间望远镜口径仅为4.2 m,相应的中国VLBI网所属X频段射电望远镜均为25–65 m的中等口径,且地月基线长度远超过地球直径.为尽可能提高地月基线灵敏度,本文提出利用国内多面中等口径地基VLBI望远镜参与地月基线观测,通过对相关处理机输出的各条地月基线VLBI互功率谱进行综合,将各个中等口径VLBI望远镜信号进行合成,达到一个100 m级的地基大口径望远镜与月球轨道小口径望远镜进行VLBI干涉的效果.本方法基本思路为,基于软件相关处理机的输出结果,通过对齐各基线的相位,补偿基线时延,对各条地月基线的互功率谱进行相干合成,从而达到提升信噪比的目的.基于此方法,我们利用火星探测器"天问一号"实测数据进行信号合成VLBI试验.结果表明,通过进行基线的互功率谱合成,可以使基线信噪比有明显提升.此方法也可应用于未来其他有类似需求的空间VLBI数据处理.