论文部分内容阅读
脉冲星辐射的电磁波在传播过程中,由于受到星际介质的干扰,不同频率的电磁波经过星际介质后产生的延迟不同,会让所看到的脉冲星轮廓展宽,影响对脉冲星的观测,所以在进行脉冲星观测通常都要进行消色散处理。消色散分为两种方式,一种是相干消色散,通过软件处理的方式祛除色散,另一种是非相干消色散,是通过滤波器组延迟信号的方式祛除色散。相干消色散可以完全祛除色散,但是需要进行大量的浮点计算。随着A/D采样芯片工作时钟的提高和数字电路技术的发展,可以在更高频率与带宽上将模拟信号进行数字化处理,利用磁盘存储长时间的原始数据,然后再进行事后处理是非常困难的,因此迫切需要进行实时处理。本论文的研究内容和成果如下：第一,利用软件实现了基于CPU的脉冲星观测系统,通过对观测的mark5B数据进行解码、消色散、偏振检测、折叠数据、输出psrfits文件的处理,可以显示脉冲星的轮廓图。第二,在解码、偏振检测、折叠采用CUDA多线程技术,对系统消耗时间最多的相干消色散部分使用了CUDA的傅里叶变换库cufft。提高了整个系统的效率,为实时脉冲星观察系统的实现准备了条件。根据计算结果,利用脉冲星常用数据处理软件psrchive的pazi命令可以查看输出数据的轮廓,在对J0835-4510在1通道2bit采样带宽为16MHz,中心频率为2206MHz下,分别在CPU架构和GPU架构下处理10秒的Mark5B数据得到轮廓图轮廓基本上是一致的,信噪比可以满足脉冲星观测的要求,证明了利用GPU实时处理的结果是符合要求的。第三,然后分析了GPU架构下算法的优缺点,在GPU架构下如何选择合适的线程数,在消色散过程中如何适当的傅立叶变换点数,通过减少CPU-GPU传输时间,利用CPU-GPU内存映射技术对消耗时间最多的部分进行了优化。对存在的问题和未来的工作在文章的最后也进行了讨论。本文采用GPU架构,对Mark5B数据进行解码、消色散、偏振检测,折叠等处理,对脉冲星轮廓的折叠采用了tempo2预报文件的方式,可以输出PSRFITS文件格式,还可以显示脉冲星的轮廓图。在对脉冲星J0835-4510进行观测,观测设置为单通道,2bit采样,带宽为16MHz,中心频率为2206MHz。对以1秒的数据8MB的实时采样,可以在0.51秒内处理完成,与CPU架构的系统相比,相干消色散的效率至少提高了14倍,在解码,折叠采用CUDA多线程技术的使用,使整个系统的效率提高了9倍,为实时脉冲星观测系统准备了条件。