基于GPU的脉冲星相干消色散技术的研究和应用

发布时间：2019-08-12 19:45

【摘要】：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。
【图文】：

昆明理工大学硕±学位论文导航技术的研究也在航空航天领域中占有一席之地。逡逑１N２本论文相关的脉l栃枪踤,设备逡逑云南天文台４０米望远镜位于云南省昆明市，具有独特地理优势，可１＾＞更方便逡逑的观测的南方天体。因此，一直在天文观测方向开展研巧工作。２００８年，利用ＶＬＢＩ逡逑终端开展了脉冲星观测，得到了邋９颗脉冲星的轮廓。２０１１年起，在专用脉冲星终逡逑端观测下，得到将近９０余颗脉冲星的平均轮廓，已经达到可ＩＵ检测ＩｍＪ的暗弱脉逡逑冲星，并且初步建立了脉冲星到达时间测量系统。逡逑昆明４０米天线位于东经１１６±５８０、北绅４０±３３０，海拔高度１９６０米，在地也逡逑坐标系中的坐标值为（－１２８１１５２．４９８，邋５６４０８６３．９６９，邋２６８２６５３．３４９）。天线为卡塞格逡逑．

４．１．２邋ＣＵＢＡ环境配置逡逑首先打开浏览器，输入Ｎｖｉｄｉａ官方网址，ｗｗｗ．ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ．ｎｖｉｄｉａ．ｃｏｍ逡逑／ｃｕｄａ－ｔｏｏｌｋｉｔ。选择你你想要安装的ｃｕｄａ版本由于实验是ｃｕｄａ５．０环境下安装的，逡逑就选择下载ｃｕｄａＳ．Ｏ版本的。在选择下载软件版本的时候还要注意是３２位还是６４逡逑位的，如果是３２位的系统就下载３２位版本的。下载的安装包有３个文件，分别是逡逑ｃｕｄａＳ．Ｏ安装软化ｎｖｉｄａ显卡驱动程序，还有一些ＣＵＤＡ的应用实例代码。在安逡逑装邸Ｕ驱动的时候要看看电脑的系统硬件是否支持度个ｃｕｄａ的版本，还可Ｗ去逡逑ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｖｉｄｉａ．ｃｎ／Ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｉｎｄｅｘ．ａｓｐｘ下载最新的驱动程序，如果安装的是逡逑ｃｕｄａ５．０，那么在邋ＮＶ阳ＩＡ邋ＣＵＤＡ邋Ｔｏｏｌｋｉｔ邋Ｗ．Ｏ邋Ｒｅｌｅａｓｅ邋Ｎｏ化Ｓ邋中，可邋Ｗ看到：逡逑Ｔｈｅ邋ＣＵＤＡ邋５．０邋ｔｏｏ化ｉｔ邋ａｎｄ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｒｅｑｕｉｒｅ邋ｔ：ｈｅ邋ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ邋ＣＵＢＡ邋ｄｒｉｖｅｒ邋ｖｅｒｓｉｏｎ邋化邋ｂｅ邋ａｔ逡逑ｌｅａｓｔ邋３０４．５４邋ｏｎ邋Ｌｉｎｕｘ邋ａｎｄ邋ａｔ邋ｌｅａｓｔ邋３０６．９４邋ｏｎ邋Ｗｉｎｄｏｗｓ．逡逑由于我是在Ｕｂｕｎｔｕ系统下安装的驱动，如果之前已经安装过ｌｉｎｕｘ驱动，，尽量逡逑
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P145.6

【共引文献】

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本文编号：2525921