分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-28 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 望远镜自主控制是现代天文观测技术的重要组成部分,在当前主流的自主控制系统中,开源的RTS2具备模块化和即插即用的设计理念,且具有快速响应能力和稳定工作的特点,被广泛应用于天文望远镜自主控制系统。由于RTS2基于Linux平台,主要基于CLI进行远程访问控制,所以对观测人员的要求比较高。深入分析RTS2系统,对JSONAPI进行适度改造,以JSON为数据传输格式,以移动终端的微信应用作为载体,跨越不同平台对RTS2天文望远镜控制系统进行数据访问和功能调用。利用微信小程序,将控制系统移植到微信小程序中,使天文技术研究人员能够方便快捷地利用移动终端在微信平台上远程控制天文望远镜和实时监控天文望远镜自主控制系统的状态。采用该模式,可扩展到ASCOM等其他自主控制架构,从而实现一个通用的基于微信小应用的移动终端远程控制。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-15 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 大气湍流导致地基望远镜成像模糊,高分辨图像重建是解决这一问题的有效方法,K-T高分辨图像重建方法是其中常用的一种,但存在数据大、计算复杂等因素的制约,导致重建非常耗时。针对当前中央处理器与图形处理器混合架构下的高分辨图像重建开展研究,采用MPI-CUDA混合并行技术,最终实现了一套在单机GPU环境下基于斑点图像重建技术的高分辨太阳图像重建系统。通过实验验证,与单一的信息传递接口并行相比,图像子块的处理速度有了显著提升,在8个子进程下整个流程的加速比达到了2。实验结果表明,MPI-CUDA混合并行的有效性,能够为天文研究中的大规模计算任务提供借鉴和参考。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-10-20 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 高空云层导致所观测的H全日面像上覆盖有一层云污染,使得图像上的太阳活动细节变得模糊不清。为了能够实时探测云污染,并及时显示修复后的图像,采用图形处理器技术实现了一个H全日面云污染实时识别和修复系统。该系统主要在统一计算设备架构( Compute Unified Device Architecture, CUDA)环境下利用图形处理器并行实现:(1)二值化图像椭圆长短轴比值法识别重度云污染图像;(2)临边昏暗曲线中心对称法识别可修复云污染图像;(3)频域巴特沃斯低通滤波法去除云污染。通过对系统中各运算在图形处理器中花费的时间进行详细测量,发现傅里叶正反变换和频域滤波占用了图形处理器总处理时间的52.9%,是系统中最耗时的。然而,相对于1 min的观测时间间隔,约0. 7 s的总处理时间可以满足实时显示的需要。另外,通过对修复后的图像做质量评价,验证了所采用的修复算法可以有效地去除云污染,并对太阳活动细节影响较小。最后讨论了系统存在的不足和需要进行的改进。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-10-20 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 由于光球亮点尺度小、边缘结构不明显等原因,在识别中一部分发亮的碎米粒不可避免地被误识别为亮点。采用基于划分的K-means算法和基于密度的DBSCAN算法分别清洗所有发亮结构的特征数据,拟将非亮点结构从亮点结构中剔除。首先采用LMD算法和三维联通的思想识别和跟踪亮点,然后提取亮点的7个相关度较低的特征值,包括等效直径、强度、偏心率、亮点边缘位于米粒暗径的比例、速度、运动方式和扩散系数,并在数据标准化后,采用主成分分析法根据90%的贡献率降至三维。最后采用K-means算法和DBSCAN算法对亮点数据进行清洗。实验结果表明,两种算法均能清洗非亮点结构,K-mean、算法的正确率为80% , DBSCAN算法的正确率为53%。因此,K-mean、算法能够更有效地区分亮点和非亮点结构。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 太阳图像中包含明显的太阳活动区域,以及无现象的太阳宁静区。从太阳图像中识别有效的太阳活动区域,是图像处理技术在天文研究中的典型应用。得益于美国太阳动力学天文台的日球物理学事件知识库提供的实时太阳观测数据,提出了一种基于日球物理学事件知识库的太阳活动识别方法。此方法获取6种太阳活动的信息(发生时间、位置、区域面积),建立对应时间的全日面图像的尺度变换模型。结合位置与区域面积信息,对不同太阳活动进行梯度闺值分割,边界识别方法被用来定位和识别太阳活动的区域。然后,对太阳图像特征参数相关性的研究,得到每种太阳活动的最佳特征参数组合。方法实现了对太阳活动的精确定位和有效识别,为后续工作的开展提供了便利。此外,对不同太阳活动区域提取特定组合的特征,可以为基于内容的图像检索系统建立精简的图像特征集提供一种可行办法。
分类: 天文学 提交时间: 2018-12-04 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 射电干涉阵列宽视场成像网格化处理过程中必须考虑w项的影响。w-projection和w-stacking是两个重要的宽视场成像网格化处理算法, w-plane参数是算法中影响计算速度和成图质量的一个重要因素。本文研究了w-projection和w-stacking两种网格化算法,利用SKA1低频阵台站数据和ASKAP软件包进行模拟观测,对两种算法在不同w-plane参数取值情况下的成图速度和成图质量进行了定量分析对比。结果进一步表明w-plane是性能改善的重要参数,针对w-projection算法来说,w-plane取值应比一般给定的经验值要大才能较好的得到成像效果。w-stacking算法虽然有很大的速度优势,但算法实现中w-plane的影响更为显著,论文给出了推荐的w-plane取值。本文工作是大视场成像算法的基础研究工作,对未来SKA科学数据处理中的管线设计有较好的参考价值。
分类: 天文学 >> 天文仪器与技术 提交时间: 2018-06-21 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 在太阳观测研究中,高分辨图像与全日面像的配准是一项非常有意义的工作,但由于他们之间存在着旋转、缩放和平移,因此很难高精度地进行匹配。提出一种结合局部统计信息和控制点匹配的图像配准方法,核心思想为将视场等间隔划分为大量重叠的局部区域,通过相关匹配在全日面像上寻找对应的局部区域,然后计算每一对局部区域间的亚像元偏移,根据偏移量确定每一对特征点的坐标位置,据此作为点匹配中的特征控制点;最后根据控制点建立仿射变换的转换方程,采用最小二乘求解整个视场的转换参数,根据解出的参数重新对图像进行迭代,得到收敛后的结果并进行配准。通过对高分辨观测图像和全日面SDO/HMI连续谱图像进行配准,拟合结果的偏差在0.25” 以内。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-24 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 明安图射电频谱日像仪每天产生海量观测数据,传统的关系型数据库存储和管理这些数据时,面临着读写延迟高、性能和容量扩展能力有限以及可用性弱等诸多问题。针对这些问题,开展了基于NoSQL的海量数据存储与检索应用研究。首先,详细分析了明安图射电频谱日像仪数据特点、存储需要以及面临的问题;然后,对明安图射电频谱日像仪进行数据建模,给出了明安图射电频谱日像仪的列式非关系型数据模型,同时提出了元数据和数据在NoSQL中的同步存储方法,解决了二者的一致性问题,在此基础上实现了基于Cassandra的海量天文数据存储管理系统(MBDMS),最后通过实验验证了系统存储与检索的高效性、扩展性以及可行性,从结果来看,MBDMS可以很好的满足数据管理需要,是解决当前数据存储问题的一种有效方案。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-09 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 射电观测是研究太阳活动的重要探测手段.我国明安图射电频谱日像仪(MingantUSpEctral Radioheliograph, MUSER)主要用于研究太阳爆发活动初始能量释放区的物理过程, 其观测将在太阳射电成像开辟一个新的窗口. 成像处理是数据处理的重要组成部分, 如何提高成像质量是当前数据处理的研究重点. 首先介绍了射电干涉成像的基本理论, 随后分析了对观测得到的可见度数据积分的必要性, 细致讨论了短时段可见度数据叠加求平均和长时段UV 覆盖叠加两种积分方法,并给出了完整的实现. 通过实现代码与实验验, 两种积分均可以有效提高信噪比, 图像质量明显提高.
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-10-20 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 我国明安图射电频谱日像仪(Mingantu Ultrawide SpEctral Radio Heliograph, MUSER)已经完成所有的硬件设备安装与调试,即将进入常规观测。为有效地保证观测数据的可用性,项目组购置了Vantage Pro自动气象站,用以实时监控观测地的气象条件变化。首先介绍了MUSER项目的基本情况,论述了在项目中气象条件的应用场景及在数据处理时对数据有效性可能造成的影响;详细介绍了Vantage Pro气象站的数据采集格式、数据交换格式以及串行通信协议;介绍了在气象数据的存储方式;最后给出了构建气象数据服务、数据归档和高效查询的方法。可以应用在望远镜自动气象监控和数据处理方面,也可以为选址的自动气象监测提供春考
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 天文远程监控是天文研究的重要组成部分。为及时发现由于天气原因、电磁干扰、天线故障等导致的异常数据,提高数据处理的可靠性,我国明安图频谱射电日像仪迫切需要实现实时观测状态的远程监控。提出了一种基于WEBSOCKET技术的远程监控数据的可视化展现方法,并以观测过程中功率图和频谱图的实时展现为例进行了验证。实验表明,方法可满足实时监控数据可视化展现需求,并且改变了传统的现场监控模式,打破了地域限制,具有可靠性高、实时性好和扩充性广等诸多优点,提高了工作效率和设备利用率,对其它远程监控数据可视化展现系统有一定的参考价值。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 天文数据处理是天文研究的一个重要环节。随着新一代望远镜功能与观测能力的快速发展,在观测地点构建高性能实时计算平台,快速完成数据的分析与处理是一种趋势针对明安图射电频谱日像仪和明安图观测站实时数据处理系统的建设要求,系统研究了基于OpenStack的本地云实现方法与系统自动管理模式,提出了动态进行计算节点启停的方法,并进行了实际测试。实验表明,该模式完全可以满足天文数据处理的需求,并且比传统的静态分配计算资源的数据处理方法更高效,可以有效地节省能源开销,降低观测成本,对未来天文台站高性能计算平台的建设有一定的参考价值。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 在太阳观测研究中,高分辨图像与全日面像的配准是一项非常有意义的工作,但由于他们之间存在着旋转、缩放和平移,因此很难高精度地进行匹配。提出一种结合局部统计信息和控制点匹配的图像配准方法,核心思想为将视场等间隔划分为大量重叠的局部区域,通过相关匹配在全日面像上寻找对应的局部区域,然后计算每一对局部区域间的亚像元偏移,根据偏移量确定每一对特征点的坐标位置,据此作为点匹配中的特征控制点;最后根据控制点建立仿射变换的转换方程,采用最小二乘求解整个视场的转换参数,根据解出的参数重新对图像进行迭代,得到收敛后的结果并进行配准。通过对高分辨观测图像和全日面SDO/HMI连续谱图像进行配准,拟合结果的偏差在0.25” 以内。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 天文海量数据的出现给天文软件的开发带来了诸多挑战。近年来,随着并行计算技术的发展,MPI + GPU逐渐成为当前高性能天文数据处理的主要模式。针对太阳高分辨图像重建中如何提高重建性能这一问题,对其中的数据读取与数据分发方法进行了系统研究。传统的MPI并行处理时,主进程将原图切割成子块,随后将子块发送到各子进程重建,重建后的结果返回主进程。当子进程数量较大且计算节点数量较少时,这种数据分发过程显著增加通讯时长,影响整个重建过程的效率。提出MPI + CUDA的一种树状数据分发方法,给出了算法的基本思路与实现方法。实验结果表明,树状分发方式比一般采用的平行分发方式可以提高速度近一倍,成果对天文海量数据开发处理有一定的借鉴作用。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 射电观测是研究太阳活动的重要探测手段。我国明安图频谱射电日像仪(MingantU SpEctral Radioheliograph, MUSER)主要用以研究太阳爆发活动初始能量释放区的物理过程,其观测将在太阳射电成像开辟一个新的窗口。成像处理是MUSER数据处理的重要组成部分,如何提高成像质量是当前数据处理的研究重点。首先介绍了射电干涉成像的基本理论,随后分析了对MUSER观测得到的可见度数据积分的必要性,细致讨论了短时段可见度数据叠加求平均和长时段UV覆盖叠加两种积分方法,并给出了完整的实现。通过实验验证的方法与实现的正确性,两种积分均可以有效提高信噪比,图像质量明显提高。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2017-09-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 目前天文观测中对数据的实时处理需求越来越多,性能要求也越来越高,我国明安图射电频谱日像仪(MingantU SpEctral Radioheliograph, MUSER)是同时以高时间、高空间和高频率分辨率对太阳进行射电频谱成像的设备。在低频部分的日常观测中,包含了两方面的需求:(1)对历史数据的处理;}2) 5秒钟抽样观测数据的处理。抽样观测数据需要实时处理,并在监控终端显示,数据处理过程包含了数据校验、修正、成图、洁化等多个步骤,传统的单机处理模式已无法满足大数据量下的实时性要求。因此,实时数据计算中,使用Spark Streaming流式计算这一新兴的分布式计算方法,设计了自定义的接收器,并将多个图形处理器节点加入到分布式集群中。通过实验对性能进行评估,结果证明基于内存的高速执行引擎的特点能显著提高性能。期待能通过实验进一步优化算法和配置,获得更好的结果,并最终运用到实际环境中。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-15 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 随着天文技术的进步,天文望远镜系统组件日趋于复杂化,望远镜自动控制系统已成为望远镜进行常规观测的核心组成部分。通常执行一个完整的观测计划需要不同设备之间相互配合,协同工作,因此,具有一个高效的底层通信框架是望远镜自动控制系统成功的关键。ZeroMQ是一个高性能的网络通信程序库,提供了多种基础的通信模型,可用于构建复杂的分布式程序,非常适合天文望远镜观测控制这样的分布式、多种通信模式并存和低延迟要求的场合。回顾了在望远镜控制系统中广泛使用的CORBA,DCOM,原生Socket等网络技术,给出了基于ZeroMQ的新一代望远镜自动控制系统通信框架的总体设计,讨论了套接字设计、消息模型设计、序列化等关键技术的解决方案。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2020-09-23 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 天线增益是用来衡量天线在指定方向接收和发射信号能力的参数。随着平方公里阵列(Square Kilometre Array,SKA)建设的日趋临近,基于Python语言的射电天文仿真、校准以及成像软件库(Radio Astronomy Simulation, Calibration and Imaging Library ,RASCIL)正在开发完善中,天线增益校准算法的高性能实现是其中重要的组成部分。本文基于RASCIL antsol天线增益校准算法开发工作,首先讨论了antsol算法的基本原理,随后分析说明了基于纯Python的实现过程,在此基础上进一步讨论了Python语言中算法的优化方法。结果表明,通过底层优化后的antsol算法实现可以达到非常高的性能。经过优化的算法将运用到SKA的增益数据校准实验中,本文所介绍的优化方法对其它天文软件的开发有一定的参考价值。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2019-12-26 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: SKA 科学数据处理产生的数据超出了所有已存在的分布式处理系统的处理能力,如何实现一个分布式执行框架是当前科学数据处理的一个重要研究内容。Spark 是非常成熟的一个商业框架,在互联网应用中被广泛应用,本文根据SKA项目进展要求,重点研究了如何将算法参考库(ARL)中的部分管线移植到Spark上执行。本文对部分实现过程进行了分析讨论,给出了相应的任务流程实现。最终结果表明,移植后代码生成结果符合预期,Spark能够满足部分数据分布式数据的要求,但迫切需要解决自身存在的一系列问题。
分类: 天文学 >> 天文学 提交时间: 2018-05-28 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要: 太阳高分辨图像中横向速度场的测量已经广泛应用于太阳光、色球表面特征的动力学分析中,但依然存在测量精度不够的问题。详细介绍了Demons方法,并将其应用于1m新真空太阳望远镜(NVST)的高分辨观测资料处理中。首先选取不同观测时间间隔和代表光、色球不同波段的3个数据集作为测试样本,在测量到速度场后,通过与前一时刻图像进行非刚性配准并比较结构相似度(SSIM)评价速度场的测量精度。结果表明,Demons方法在小尺度运动的精细测定方面,明显优于传统的FLCT和DAVE方法。并且采用光球和色球图像的亚像素和超像素模拟位移实验表明,这一方法的逐点测量精度可以达到0.1像素量级。