MWA Tied-Array Processing II: Polarimetric Verification and Analysis of two Bright Southern Pulsars
在低射频下对脉冲星的偏振测量研究为脉冲星发射机制和波束模型提供了重要的观测见解，并探测了磁离子星际介质（ISM）的性质。孔径阵列是下一代低频望远镜的主要形式，包括Murchison Widefield Array（MWA）。与传统的碟形天线相比，这些需要明显不同的数据处理方法（例如校准和波束成形）。作为本系列的第二篇论文，我们使用两颗明亮的南半球恒星，PSR J 0742 -2822和J1752-2806，对MWA的脉冲星偏振测量能力进行了验证。我们的观测同时覆盖多个频率（76-313 MHz），并在每个脉冲星的一个夜晚在多个天顶角拍摄。我们表明，MWA可以可靠地校准天顶角< 45度和频率< 270 MHz。我们提出了偏振剖面的PSR J 0742 -2822和J1752-2806在低于300 MHz的频率，随着线性偏振度和脉冲轮廓随频率的演变进行了分析。对于PSR J 0742 -2822，与通常预期的趋势相反，测得的线性偏振度在低频下迅速下降，这可归因于小尺度、湍流、磁离子ISM组件的去偏振效应。一般来说，这种效应还没有被广泛研究，并将在未来的工作中进一步研究。
2019-05-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Optimising MWA EoR data processing for improved 21 cm power spectrum measurements -- fine-tuning ionospheric corrections
在宇宙的第一个十亿年期间，中性氢发出的红移宇宙学21厘米信号相对于其他银河系和河外射电辐射要微弱得多，这对信号的探测构成了巨大的挑战。因此，精确的仪器校准是Murchison宽场阵列（MWA）等无线电干涉仪成功的重要先决条件，其目标是21厘米的检测。在过去的几年里，新的校准技术，目标是EoR科学的功率谱范例已被积极研究，并在可能的情况下实施。利用最近获得的MWA计算资源，我们测试了MWA EoR项目可用的最先进校准技术的全部功能，重点关注方向相关和方向无关校准。具体来说，我们调查的改进，可以在天空建模，电离层校正，紧凑的源前景减法应用在混合前景缓解方法（一个结合前景减法和避免）的重要校准阶段。此外，我们调查的电离层校正方法，使用内插电离层相位屏幕和评估其性能在功率谱空间。总体而言，我们确定了一种改进的RTS校准配置，该配置在$0.1 \; \text{hMpc}^{-1}$尺度上导致EoR窗口功率污染至少降低2倍。这一改进标志着朝着使用微波局和即将到来的SKA低望远镜探测21厘米信号又迈进了一步。
2022-07-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Progression of Digital-Receiver Architecture: From MWA to SKA1-Low,and beyond
在数字电子学、信号处理、计算和存储技术进步的支持下，在射电天文学早期对望远镜设计产生重大影响的孔径阵列已经卷土重来。在所有这些发展中，国际上正在努力设计和建造世界上最大的射电望远镜平方公里阵列（SKA）。凭借其1平方公里的巨大收集面积，SKA预计将提供无与伦比的灵敏度，并利用技术进步来实现复杂的接收器，通过天空中的多个光束提供大视场。SKA的许多寻路器和前体孔径阵列望远镜在10 - 300 MHz的频率范围内工作，已经建造并投入使用，以获得科学，仪器和功能方面的宝贵反馈。这篇评论文章明确地探讨了从Murchison Widefield Array（前身）到SKA1-Low的数字接收机架构的发展。它强调了模数转换器（ADC）、现场可编程门阵列（FPGA）和中央处理单元-图形处理单元（CPU-GPU）混合平台的技术进步，复杂的数字信号处理系统围绕这些平台实现了高效的信道化器、波束形成器和解调器。文章最后展望了基于射频片上系统（RFSoC）的新一代信号处理平台的设计。
2023-01-17 astro-ph.IM
The Southern-sky MWA Rapid Two-metre (SMART) pulsar survey -- I. Survey design and processing pipeline
本文介绍了SMART脉冲星巡天的设计与处理流水线，利用MWA大视场和电压捕获系统在140-170 MHz频段高效搜寻南天脉冲星，通过多阶段处理克服计算成本，模拟预测可发现约300颗新脉冲星。
2023-02-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Calibration database for the Murchison Widefield Array All-Sky Virtual Observatory
我们提出了一个校准组件的默奇森宽场阵列全天空虚拟天文台（MWA ASVO）利用新开发的PostgreSQL数据库的校准解决方案。自2013年成立以来，MWA已经记录了超过34 PB的数据，这些数据存档在Pawsey超级计算中心。根据妇女事务部的数据访问政策，数据在收集后18个月公开。因此，大多数档案数据现在都向公众开放。2017年通过MWA ASVO接口提供了对公共数据的访问，该接口允许世界各地的研究人员以标准射电天文学数据格式（CASA测量集或UV FITS文件）下载MWA未校准数据。MWA ASVO校准功能的增加为没有详细了解MWA望远镜和数据处理的研究人员提供了一个新的强大途径，以下载校准的可见度数据并使用标准射电天文学软件包创建图像。为了用过去六年的校准解决方案填充数据库，我们开发了全自动管道。一个近实时的管道被用来在收集到新的校准观测数据后立即处理这些数据，并将校准解决方案上传到数据库，从而能够监测望远镜的干涉性能。基于这个数据库，我们提出了一个分析的稳定性的MWA校准解决方案在很长的时间间隔。
2020-05-05 astro-ph.IM
Suitability of NVIDIA GPUs for SKA1-Low
在本备忘录中，我们将研究NVIDIA图形处理单元（GPU）在SKA 1-低站和中央信号处理（CSP）级处理中的适用性。站级处理主要涉及生成单个站波束，该单个站波束然后将与CSP中的其他波束相关。精细信道化可以在CSP级的站处执行，而粗略信道化被假设为在基于FPGA的瓦片处理器上执行，以及A/D转换、均衡和其他过程。还将提供所需GPU数量和功耗要求的粗略估计。
2014-08-13 astro-ph.IM
Image-based searches for pulsar candidates using MWA VCS data
脉冲星已被证明有助于探索各种物理学。低射频脉冲星是研究脉冲星光谱特性和发射机制的重要手段。Murchison宽场阵列电压捕获系统（MWA-VXS）已被常规用于研究和发现低频率脉冲星，它提供了记录复杂电压的独特机会，可以离线波束形成或以毫秒时间分辨率成像。设计基于图像的方法来寻找脉冲星候选者，这可以在波束形成的数据中得到验证，可以通过减少所需的捆绑阵列波束的数量，提高计算资源效率来加速整个过程并导致更多的脉冲星检测。尽管灵敏度损失了~4倍，但从MWA-ESTA图像中搜索脉冲星候选者，我们可以探索更大的参数空间，这可能导致发现高频勘测遗漏的卫星，例如在高时间分辨率时间序列数据中因传播效应而模糊的卫星。的搜索也是必不可少的探测部分的参数空间无法达到传统的波束形成搜索的MWA。在本文中，我们描述了创新的方法，双处理MWA卫星数据的能力，即在这些图像中找到脉冲星候选者，并通过形成捆绑阵列波束进行验证。我们开发并测试了基于图像的方法来寻找脉冲星候选者，基于脉冲星的属性，如光谱指数，偏振和变化。这些方法的效率已经在已知的卫星上得到验证，和主要限制解释的敏感性和低-一些脉冲星的频谱周转。没有候选者被证实是一个新的脉冲星。这种新的能力现在将应用于多个观测，以加速脉冲星的发现，MWA并使用SKA-Low加速未来的搜索。
2022-12-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Southern-sky MWA Rapid Two-metre (SMART) pulsar survey -- II. Survey status, pulsar census, and first pulsar discoveries
SMART巡天利用MWA大视场和电压捕获系统，已完成75%的观测，发现两颗新脉冲星并重新探测120颗，深层处理将提升灵敏度，补充Parkes巡天并支持未来SKA低频巡天。
2023-02-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
Spotting Radio Transients with the help of GPUs
对时域无线电天空的探索对于推进我们对动态宇宙的认识具有巨大的潜力。过去的调查已经发现了大量的电磁波，旋转无线电瞬变和其他瞬变无线电现象;然而，他们通常依赖于离线处理来应对高数据和处理速率。这种模式排除了获得高分辨率基带转储的重大事件或执行立即后续观测的可能性，限制了分析能力，可以从探测数据收集。为了克服这一限制，需要对瞬态无线电事件进行实时处理和检测。通过利用现代图形处理单元（GPU）的强大计算能力，我们正在开发一个瞬态检测管道，该管道实时运行于帕克斯射电望远镜的数据上。在本文中，我们将讨论我们的流水线中使用的算法，其在GPU上实现的细节和射频干扰的存在所带来的挑战。
2011-12-01 astro-ph.IM
Software Data-Processing Pipeline for Transient Detection
虽然几个现有的和即将到来的望远镜的成像作为其主要模式，他们也有一个敏感的相控阵模式与多波束形成能力，使高时间分辨率研究的几种类型的对象，包括卫星。例如，潜在的宽频率覆盖范围，结合其收集区域，使MWA-LFD成为低频检测和研究瞬态和瞬态的独特仪器。拉曼研究所正在为此目的开发一个软件数据处理管道。我们描述的各种问题相关的检测策略，说明在低射频的实际数据。
2010-01-29 astro-ph.IM
Accelerating Dust Temperature Calculations with Graphics Processing Units
在辐射传输模型中计算星系的红外光谱能量分布（SED）时，尘埃颗粒温度的计算通常是计算中最耗时的部分。由于其高度并行的特性，这种计算非常适合大规模并行通用图形处理单元（GPU）。本文介绍了一种在蒙特卡罗辐射传输程序日出中利用CUDA API在GPU上实现尘埃颗粒平衡温度计算的方法。GPU执行此计算的速度比8个CPU核心快69倍，显示出加速星系SED计算的巨大潜力。
2009-12-23 astro-ph.IM
A Census of Southern Pulsars at 185 MHz
Murchison宽场阵列（MWA）及其最近开发的电压捕获系统（VPS）有助于在南半球以高时间和频率分辨率扩展脉冲星观测的低频范围，提供有关脉冲星和ISM的进一步信息。我们提出了一个初始的时间分辨人口普查的结果，已知的historicars使用MWA。为了显著降低处理负载，我们对来自128个MWA瓦片的检测到的功率进行非相干求和，这产生相干和的可达到灵敏度的约10%。这保留了大视场（在185 MHz时约为450 deg 2），允许同时观察多个反射器。我们开发了一个宽场脉冲星管道（WIPP），它处理每次观测的数据，并自动折叠位于光束内的每个已知脉冲星。迄今为止，我们已经探测到了50颗双星，其中6颗是毫秒双星。考虑到望远镜的灵敏度和处理数据的天空覆盖范围（~ 17，000 deg 2），这与我们的预期一致。对于10个卫星，我们提出了最低频率的检测公布。对于脉冲星的一个子集，我们通过将我们的数据与其他望远镜发布的轮廓相结合来呈现多频率脉冲轮廓。由于MWA是平方公里阵列（SKA）的低频前兆，因此我们使用普查结果预测，使用SKA-Low（SKA 1-Low）的第1阶段调查可能会检测到约9400个卫星。
2018-01-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Development of a High Throughput Cloud-Based Data Pipeline for 21 cm Cosmology
我们提出了一个基于云的计算工作流程处理大型天文数据集的默奇森宽场阵列（MWA）宇宙学实验的案例研究。云计算非常适合于大规模的间歇式计算，因为它在按使用付费的模式下提供了极高的可扩展性。这有利于测试计算昂贵的分析技术的快速周转时间。我们描述了如何使用Amazon Web Services（AWS）云平台来高效、经济地测试和实施我们的数据分析管道。我们讨论了使用AWS现货市场的挑战，它以较长的处理周转时间为代价降低了成本，我们使用蒙特卡罗模拟探索了这种权衡。
2021-03-02 astro-ph.IM
The Murchison Widefield Array Correlator
Murchison宽场阵列（MWA）是平方公里阵列（SKA）的先驱。该望远镜位于西澳大利亚的Murchison射电天文台（MRO）。MWA由4096偶极子排列成128个双极化孔径阵列组成，形成一个连接元件干涉仪，使来自所有256个输入的信号互相关。采用混合方法来进行相关任务，其中一些处理阶段由基于现场可编程门阵列（FPGA）的定制硬件执行，而其他处理阶段由容纳在通用机架式服务器中的图形处理单元（GPU）执行。所需的相关能力约为8 TFLOPS（每秒Tera浮点运算）。MWA已经开始运行，关联函数每天生成8.3 TB的相关产品，随后从MRO实时传输700公里到珀斯（WA）进行存储和离线处理。在本文中，我们概述了关联函数的设计，信号路径和处理元件，并提出了内部和外部接口的数据格式。
2015-01-24 astro-ph.IM cs.CE
A Novel Greedy Approach To Harmonic Summing Using GPUs
非相干谐波求和是一种用于提高傅立叶域搜索方法灵敏度的技术。一维谐波和在时域射电天文学中被用作傅立叶域周期性搜索的一部分，傅立叶域周期性搜索是一种用于检测孤立单脉冲的搜索类型。在众核架构（如GPU）上实现谐波和时面临的主要问题是谐波和算法的非常不利的存储器访问模式。随着谐波和的维数增加，存储器访问模式变得更糟。在这里，我们提出了一套算法，用于计算谐波和，适用于众核架构，如GPU。我们提出了这些不同的方法的敏感性，以及它们的性能的评估。这项工作是AstroAccelerate项目的一部分，AstroAccelerate是一个GPU加速软件包，用于处理时域射电天文数据。
2022-02-25 astro-ph.IM
Quokka: A code for two-moment AMR radiation hydrodynamics on GPUs
我们提出了Quokka，一个新的子循环的时间，块结构的自适应网格细化（AMR）辐射流体动力学代码优化的图形处理单元（GPU）。Quokka用分段抛物方法（PPM）求解流体动力学方程，并通过局部封闭的可变爱丁顿张量（VET）辐射矩方程处理辐射转移。我们使用AMReX库来处理自适应网格管理。为了最大限度地提高GPU的性能，我们结合显式的时间演化的辐射矩方程与降低光速近似。我们展示了流体力学，辐射和耦合辐射流体力学的广泛测试问题的结果。在单个GPU上的3D均匀网格上，我们的代码每秒可实现> 2.5亿次流体动力学更新和每秒近4000万次辐射流体动力学更新。对于3D均匀网格上的辐射流体力学问题，我们的代码可以从4个GPU扩展到256个GPU，效率为76%。该代码在GitHub上以开源许可证公开发布。
2022-01-30 astro-ph.IM
A Real-time Single Pulse Detection Algorithm for GPUs
由于快速射电暴（FRB）的发现，射电频谱中非重复事件的探测已成为射电天文学的一个重要研究领域。我们已经为NVIDIA GPU实现了一个单脉冲检测算法，该算法使用不同宽度的矩形波滤波器。我们的代码执行的标准偏差的计算，匹配滤波，使用boxcar滤波器和阈值的基础上的信噪比。我们提出了我们的单脉冲检测算法的并行实现。我们的GPU算法比我们当前的CPU OpenMP代码快约17倍（NVIDIA Titan XP vs Intel E5- 2650 v3）。该代码是AstroAccelerate项目的一部分，AstroAccelerate项目是用于射电天文学的众核加速时域信号处理代码。这项工作使我们的AstroAccelerate代码能够以比实时快4.3倍的速度对类似SKA的数据执行单脉冲搜索。
2016-11-29 astro-ph.IM
The Southern-sky MWA Rapid Two-metre (SMART) pulsar survey--IV. Survey update and an atlas of 205 non-recycled southern pulsars
International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University（国际射电天文研究中心，科廷大学）；Australian SKA Regional Centre (AusSRC), Curtin University（澳大利亚SKA区域中心（AusSRC），科廷大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；CSIRO Astronomy and Space Science（CSIRO天文学与空间科学）；National Radio Astronomy Observatory（美国国家射电天文台）；Manly Astrophysics（曼利天体物理学）
南天MWA两米快速脉冲星巡天致力于探测脉冲星和快速瞬变源，通过一系列活动积累大量数据。针对处理电压数据和软件挑战，展示多种数据产品，其结果将定期更新，为SKA天文台及多种科学应用提供参考和支持。
2026-07-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
A Performance Comparison of Different Graphics Processing Units Running Direct N-Body Simulations
基于中央处理单元和图形处理单元（GPU）的联合能力的混合计算架构正在成为生物学、化学、工程、物理学等广泛模拟的流行和强大的硬件工具。在本文中，我们提出了一个比较的性能时，市场上的各种GPU应用于数值积分的经典，引力，N体问题。为此，我们开发了一个OpenCL版本的并行代码（HiGPU）用于这些测试，因为这个版本是唯一适合在不同品牌的GPU上工作的版本。主要的一般结果是，我们确认的可靠性，速度和廉价的GPU时，应用于检查的问题（即，当力评估是依赖于相互距离，因为它发生在引力物理学和分子动力学）。更具体地说，我们发现，仅用于游戏应用的廉价GPU在计算速度方面也非常出色，在科学应用中也是如此，尽管在中央存储器和带宽方面存在一些限制，但可以是以非常好的性能成本比实现科学用途的机器的良好选择。
2013-04-07 astro-ph.IM cs.DC cs.PF
A 400Gbit Ethernet core enabling High Data Rate Streaming from FPGAs to Servers and GPUs in Radio Astronomy
本文针对射电天文学海量数据实时处理中GPU受限于I/O速率的问题，开发并测试了多种从NIC到GPU的数据流传输技术，并提出开源UDP/IPv4 400GbE封装器，实现FPGA到GPU的高速数据流传输，显著降低后端成本、功耗与复杂度。
2024-11-23 astro-ph.IM cs.DC
Analysing Astronomy Algorithms for GPUs and Beyond
天文学依赖于不断增长的计算能力。处理器时钟频率已经趋于稳定，性能的提高现在以单个芯片上附加处理器内核的形式出现。这对天文软件社区提出了重大挑战。图形处理单元（GPU），现在能够通用计算，克服了困难的学习曲线和显着的加速表现出的并行硬件架构。我们提出了一种通用的方法来解决这种范式转变，基于算法的分析。我们描述了一个小集合的基础算法相关的天文学，并解释如何使用它们来缓解过渡到并行计算架构。我们证明了我们的方法的有效性，将其应用到四个著名的天文学问题：Hogbom清洁，逆射线拍摄的引力透镜，脉冲星去色散和体绘制。具有明确定义的内存访问模式和高运算强度的算法可以从并行架构中获得最大的性能提升，而那些涉及大量决策的算法可能难以利用可用的处理能力。
2010-07-09 astro-ph.IM cs.DS
Using Graphics Processing Units to solve the classical N-body problem in physics and astrophysics
图形处理器（GPU）可以加速天体物理学中各种问题的数值求解，包括恒星系统的动力学演化;与仅使用中央处理器相比，性能增益可以超过100倍。在这项工作中，我描述了一些策略，以加快经典的$N$体问题使用GPU。我展示了$N$体代码HiGPU的一些特性作为模板代码。在此背景下，我还给出了正则化方法的并行实现的一些提示，并介绍了代码HiGPUs-R。虽然这项工作的主要应用涉及天体物理学，但所提出的一些技术具有普遍有效性，可以应用于物理学的其他分支，如电动力学和QCD。
2015-01-27 astro-ph.IM physics.comp-ph
Optimizing performance per watt on GPUs in High Performance Computing: temperature, frequency and voltage effects
大型射电天文天线阵所面临的实时数字信号处理的巨大挑战促使人们使用高性能计算系统。远程观测站对高能效（每瓦性能）的需求与HPC中的需求大致相同，其中效率是一个新兴的关键指标。我们研究了图形处理单元（GPU）的每瓦性能如何受到温度，核心时钟频率和电压的影响。我们的研究结果突出了管理晶体管操作的基本物理过程如何影响功率效率。特别是，我们的实验表明，GPU的功耗与温度和电源电压的非线性增长，预测的物理晶体管模型。我们发现，在运行xGPU（射电天文学中使用的计算密集型代码）时，降低GPU电源电压并提高时钟频率，同时保持较低的芯片温度，可使NVIDIA K20 GPU的能效比默认设置提高37-48%。我们将讨论如何使用温度感知功耗模型来降低未来HPC安装的功耗。自动温度感知和应用相关的电压和频率缩放（T-DVFS和A-DVFS）可以提供一种机制，以针对在GPU上运行的更宽范围的代码实现更好的功率效率
2015-10-20 astro-ph.IM cs.DC
Parallel Neutrino Triggers using GPUs for an underwater telescope
图形处理单元是高性能协处理器，最初旨在改善计算机图形应用程序的使用和加速。由于它们的性能，研究人员已经将其应用扩展到计算机图形学范围之外。我们已经研究了在KM 3 Net-It实验中使用CPU-GPU系统实现在线中微子触发算法的可能性。本文报道了在NEMO二期塔和KM 3-It 14层塔上进行的中微子触发模拟的结果。
2015-03-09 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Observing the Sun with the Murchison Widefield Array
太阳一直是射电望远镜难以成像的来源，特别是在低射频下。其形态复杂的发射特征跨越了很大范围的角尺度，涉及的发射机制和亮度温度。此外，时间和频率合成，大多数无线电干涉仪用来建立有关被成像的源的信息的关键工具，对于太阳成像是无效的，因为许多感兴趣的特征是短暂的，并且在小的分数带宽上发生急剧变化。在射频技术、数字信号处理和计算方面取得进展的基础上，最近才开始出现一种仪器，这种仪器需要在一个大的光谱跨度上同时捕捉太阳辐射在时间、频率、形态和偏振方面的演变，并具有必要的成像保真度以及时间和频率分辨率。在这类仪器中，默奇森宽场阵列（MWA）最适合太阳观测。MWA现在已经进入了常规观测阶段，在这里我们介绍了MWA观测的一些早期例子。
2014-03-25 astro-ph.IM astro-ph.SR
Multidimensional upwind hydrodynamics on unstructured meshes using Graphics Processing Units I. Two-dimensional uniform meshes
我们提出了一种新的方法，数值流体力学，它使用了多维广义的罗伊求解器和非结构化三角网格上操作。传统的方法的基础上黎曼求解器，通常使用一维通量估计作为构建块的多维整合的主要优势，是其固有的多维性质，因此，它的能力，以识别多维稳态，而不是流体静力学。第二个新颖之处是对图形处理单元（GPU）的关注。通过专门针对GPU定制算法，与台式机相比，我们能够获得100-250的加速比。我们比较多维迎风计划的一个传统的，尺寸分裂的实施Roe求解器上的几个测试问题，我们发现，新方法显着优于Roe求解器在几乎所有情况下。这会增加每个时间步长的计算成本，这使得新方法比作用于结构化网格的维度分裂方案慢大约2倍。
2017-05-04 astro-ph.IM physics.comp-ph
