The Operation Control System for the Tianlai Experiment
National Astronomical Observatories, CAS（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文介绍天籁实验远程操作控制系统的设计，包括控制网络和设备控制机制，强调在线可访问性、简洁性、灵活性及电磁干扰控制，适用于远程观测站。
2026-04-27 astro-ph.IM
Reflections and Standing Waves on the Tianlai Cylinder Array
在21~cm强度映射中，利用前景的光谱平滑性将其与弱得多的21~cm信号分离。然而，仪器的非平滑频率响应使该过程复杂化。反射和驻波对频率响应产生调制。本文分析了天来圆柱阵信号通道带通中的驻波。通过傅立叶变换的带通到延迟时间域，我们发现各种驻波产生的望远镜。最清楚地识别出在15米馈电电缆中产生的具有约142 ns的时间延迟的驻波。我们还发现在较短的延迟$τ< 50 \ns$，这可能是一个混合的驻波之间的反射器和饲料，和驻波的4米中频（IF）电缆的强峰值。我们还表明，一个平滑的频率响应可以部分恢复通过消除反射诱导的调制。然而，天线上的驻波是方向相关的，这对高精度校准提出了更困难的挑战。
2020-07-21 astro-ph.IM
An Eigenvector-based Method of Radio Array Calibration and Its Application to the Tianlai Cylinder Pathfinder
我们提出了一种基于特征向量的射电干涉仪阵列校准的形式主义。在强主导点源存在的情况下，阵列的复增益可以通过取可见度矩阵的第一特征向量来获得。我们使用稳定的主成分分析（SPCA）方法来帮助分离的校准信号的离群值和噪声，以提高该方法的性能。该方法可以应用于天线的波束模型知之甚少的情况，并且对数据中的异常值或缺陷不敏感，并且具有较低的计算复杂度。因此，它特别适用于阵列的初始校准，可以作为更精确校准的初始点。将该方法应用于“天籁”实验的圆柱形寻路器，通过对中性氢（HI）红移21 cm发射的强度成像观测，利用大尺度结构中的重子声学振荡（BAO）特征测量暗能量状态方程.将该方法应用于亮射电源的凌日数据，成功地得到了阵元的复增益和东西方向（柱体短轴）的波束轮廓。
2018-07-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Progress in the Construction and Testing of the Tianlai Radio Interferometers
天来探路者的设计是为了证明使用宽视场射电干涉仪来绘制再电离时代后宇宙中中性氢密度的可行性。这种称为21厘米强度测绘的方法，有望成为测量宇宙大尺度结构的廉价手段。天籁探路者目前由三个15米$\times$ 40米圆柱望远镜阵列和一个16个6米直径碟形天线阵列组成，位于中国西部无线电安静地区。选择这两种类型的阵列以确定每种方法的优点和缺点。探路者的主要目标是通过测量两个不同红移范围内的大面积天空$20,000 {\rm deg}^2$的中性氢来制作3D地图：首先是$1.03 > z > 0.78$（$700 - 800$ ~MHz），然后是$0.21 > z > 0.12$（$1170 - 1270$ ~MHz）。对$21$ ~cm强度测绘的最大挑战是去除使宇宙学信号相形见绌的强前景辐射。它需要对仪器响应的精确了解，即校准。在本文中，我们概述了探路者的现状，并讨论了我们为测量两个阵列的光束功能而进行的一些分析的细节。我们比较电磁模拟的阵列测量，讨论测量的增益和相稳定性的仪器，并提供了一个简要的概述的数据处理管道。
2018-06-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
A simulation of calibration and map-making errors of the Tianlai cylinder pathfinder array
本文通过数值模拟评估天籁圆柱探路者阵列在定标与m模式制图中的误差来源，指出绝对定标和短南北基线是主要限制，并提出调整馈源位置以改善性能。
2023-08-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Scalable Hybrid FPGA/GPU FX Correlator
射电天文成像阵列包括大量的天线，O（10^2-10^3）已经提出了一个信号处理的挑战，因为需要O（N^2）交叉相关的信号从每个天线和必要的信号路由。这激发了分组化关联函数架构的实现，该架构将现场可编程门阵列（FPGA）应用于将时域转换为频域数据的O（N）“F级”，并且将图形处理单元（GPU）应用于执行每个天线的频谱之间的外积的O（N ^2）“X级”。该设计可容易地扩展到至少O（10^3）个天线。给出了外场试验中获得的条纹、能见度幅值和天空图像结果。
2014-02-18 astro-ph.IM
The Tianlai Dish Pathfinder Array: design, operation and performance of a prototype transit radio interferometer
天籁碟形探路者天线阵是一个射电干涉仪，旨在检验再电离后宇宙21厘米强度测绘技术，作为测量大尺度宇宙结构的手段。它以恒定的速度对天空进行漂移扫描。我们描述了该仪器的设计，校准，噪声水平和稳定性，基于对截至2019年10月的6，200小时天空观测的约$\sim 5 \%$的分析。使用无人机和明亮源的过境确定光束图案是一致的，并与电磁模拟兼容。结合所有的基线，我们在明亮的光源周围绘制地图，并显示阵列的行为与预期一致。在不同的赤纬几百小时的观测已被用来研究阵列的几何形状和指向缺陷，以及仪器的噪声行为。我们表明，系统的温度是低于80 K的大多数馈电天线，和噪声波动减少预期的积分时间，至少高达几百秒。对北天极10个夜晚观测的长积分进行分析，得到振幅为20-30 mK的射电信号，这与$1 ~\mathrm{MHz} \times 1~ \mathrm{min}$装仓时$<10\,$ mK精度的NCP射电天空的预期信号一致。对光谱进行高通滤波以去除平滑光谱信号，在$0.5\,$ mK水平产生与零信号一致的残差。
2021-06-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Atacama Compact Array Correlator for Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
我们为阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵研制了FX结构的数字光谱相关器--阿塔卡玛紧凑阵关联函数。ACA关联函数处理来自多达16个天线的带宽为2 GHz的4对双极化信号，并计算包括16个天线的所有组合中的交叉极化的自相关谱和互相关谱。我们报告了关联函数的详细设计和关联函数硬件的验证结果。
2011-06-21 astro-ph.IM
An Integrated Circuit for Radio Astronomy Correlators Supporting Large Arrays of Antennas
使用许多天线阵列的射电望远镜正在运行，并且正在设计和提出更大的射电望远镜。来自天线的信号通过互相关来组合。对于$N$天线，互相关的成本和功耗与$N^2$成比例，并且在足够大的$N$处占主导地位。在这里，我们报告的集成电路（IC）的设计，执行数字互相关任意多个天线在一个省电的方式。它使用一种本质上低功耗的架构，其中设备之间的数据移动被最小化。在我们的设计中，相关性是在一个4096复杂的乘法累加（CMAC）单元的阵列。这足以对64个信号（$N$ =32个天线，每个天线2个相反极化信号）并行执行所有相关。当$N$较大时，输入数据缓冲在片内存储器中，CMAC根据需要重复使用多次，以计算所有相关性。该设计已被合成和模拟，以获得准确的估计IC的大小和功耗。它旨在采用32 nm绝缘体上硅工艺制造，其中需要小于12 mm $^2$的硅面积，并根据天线的数量实现每次CMAC操作1.76至3.3 pJ的能效。操作已详细分析，直到$N=4096$。包括板级I/O、电源和控制在内的系统级能效预计为每次CMAC操作5至7 pJ。
2016-04-17 astro-ph.IM
Digital Spectro-Correlator System for the Atacama Compact Array of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
我们已经开发了一个FX架构的数字光谱相关器的阿塔卡马紧凑阵列（ACA）的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列。该关联函数能够同时处理4对带宽为2 GHz的双极化信号，这些信号由多达16根天线接收。它可以计算自相关谱和互相关谱，包括所有天线的所有组合中的交叉极化，并输出具有灵活频谱配置的相关谱，例如多个频率范围和多个频率分辨率。用典型的关联函数结构对热噪声进行了8小时的处理，估计其光谱动态范围相对于Tsys大于10^4。在相同的结构下，灵敏度损失为0.9%.在本文中，我们报告的关联函数的详细设计和开发的硬件验证结果。
2011-11-11 astro-ph.IM
A Generic and Efficient E-field Parallel Imaging Correlator for Next-Generation Radio Telescopes
现代射电望远镜更倾向于密集排列的阵列布局和大量的天线（$N_\textrm{A}\gtrsim 1000$）。由于传统成像仪的复杂性与$\mathcal{O}(N_\textrm{A}^2)$成比例，因此实现这些功能强大的仪器的全部成像潜力将需要高昂的成本。通过我们的通用和高效的电场并行成像关联函数（EPIC），我们提出了一个广义的直接成像算法，即模块化最佳频率傅立叶（MOFF）成像仪的第一个软件演示。它不仅可以降低$\mathcal{O}(N_\textrm{A}\log_2 N_\textrm{A})$密集布局的成本，还可以从不规则布局和异构天线阵列中成像。EPIC是高度模块化的，可并行化的，在面向对象的Python中实现，并且公开可用。我们已经验证了所产生的图像是等同于那些从传统的技术，在精度设置网格粗糙度。我们还验证了我们的实施与长波长阵列（LWA1）观察到的数据。我们提供了一个详细的框架与异构阵列成像，并表明EPIC鲁棒估计输入的天空模型，这样的阵列。具有密集填充因子的天线布局由大量天线组成，如LWA、平方公里阵列、氢再电离时代阵列和加拿大氢强度测绘实验，通过部署优化版本的EPIC，将获得显着的计算优势。该算法是一个强有力的候选人的仪器针对瞬态搜索的快速射电暴（FRB），以及行星和系外行星的现象，由于高速校准的时域图像和低输出带宽的可用性相对于基于能力的系统。
2017-01-19 astro-ph.IM
An Efficient Feedback Calibration Algorithm for Direct Imaging Radio Telescopes
我们提出了电场并行成像校准（EPICal）算法，它解决了直接成像射电天文仪的快速校准方法的需求。直接成像涉及天线信号的空间快速傅立叶变换，减轻了无线电发射机中典型的$\mathcal{O}(N_{\mathrm{ant}}^2)$计算瓶颈，并产生更温和的$\mathcal{O}(N_g \log_2 N_g)$缩放，其中$N_{\mathrm{ant}}$是阵列中天线的数量，而$N_g$是成像分析中网格点的数量。这可以为由数百或数千个天线组成的下一代阵列节省数量级的计算成本。然而，由于天线信号在成像相关器中混合而不产生抖动，因此必须在成像之前应用增益校正，而不是在抖动后相关时应用。我们开发了EPICal算法，以快速形成增益解决方案，而不会形成vibrations。这种方法随着天线的数量而缩放，并且产生与来自vibration的结果相当的结果。我们使用模拟演示的EPICal技术和研究我们的增益解决方案的噪声特性，显示它们是类似的可视性为基础的解决方案在现实情况下。通过将EPICal应用于两秒钟的长波长阵列数据，与未校准的图像相比，我们实现了65%的动态范围改善，表明该算法是下一代仪器的有前途的解决方案。
2017-06-15 astro-ph.IM
MWAX: A New Correlator for the Murchison Widefield Array
本研究介绍了MWA低频射电望远镜的新型全软件可编程相关器MWAX，它基于以太网组播与GPU服务器集群，可实时处理24个1.28MHz粗通道，支持256个天线瓦片同时相关，具备高灵活性与可扩展性，替代了上代相关器并适配未来升级。
2023-03-21 astro-ph.IM
Calibration Schemes with $\mathcal{O}(N\log{N})$ Scaling for Large-N Radio Interferometers Built on a Regular Grid
未来几代使用$N\gg 1000$天线在宇宙距离上瞄准21 '，cm信号的无线电干涉仪可能会在使用传统架构构建相关器时面临重大的计算挑战，其计算资源需求随着阵列大小的变化而变化，如$\mathcal{O}(N^2)$。这样的解调器的基本输出是阵列中所有天线对的互相关积。FFT相关器架构通过经由空间傅立叶变换计算互相关积来将计算资源缩放减少到$\mathcal{O}(N\log{N})$。然而，FFT相关器的输出仅在输入天线电压被增益和相位校准时才有意义。传统上，干涉校准使用由标准相关器产生的$\mathcal{O}(N^2)$互相关。本文提出了两种实时校准方案，可以与FFT相关器并行工作，作为一个独立的$\mathcal{O}(N\log{N})$相关器系统，可以扩展到大N冗余阵列。我们比较了这两种校准方案的性能和可扩展性，发现它们导致天线增益的方差随着阵列尺寸的增加而减小为$1/\log{N}$。
2020-10-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Enabling Next Generation Dark Energy and Epoch of Reionization Radio Observatories with the MOFF Correlator
拟议中的21厘米宇宙学观测站用于研究再电离（z ~6-15）和暗能量（z ~0-6）的时代，设想了具有数万个天线元件的紧凑阵列。使用传统的XF或FX分解器完全关联这些元素在计算上是昂贵的，并且已经导致一些团体重新考虑直接成像/FFT分解器。在本文中，我们开发了一种变化的直接成像关联函数，我们称之为MOFF关联函数。MOFF关联函数具有直接成像关联函数的计算优势，同时避免了其许多缺点。特别地，MOFF关联函数对天线布置或类型没有限制，提供包括宽场偏振测量和非共面基线效应的完全校准的输出图像，并且对于紧凑的无线电宇宙学阵列，可以比XF或FX相关器更有效数量级。
2011-09-30 astro-ph astro-ph.IM
96-antenna radioheliograph
本文简要介绍了多频96天线射电日像仪的设计方法。阵列天线的配置，传输线和数字接收机是这项工作的主要重点。射电日像仪是一台工作在4-8 GHz频率范围内的T型中心聚光射电干涉仪。这种配置的选择的理由进行了讨论。天线信号通过模拟光链路传输到工作室。考虑了光载微波信号的动态范围和相位误差。下变频后的信号由数字接收机处理，用于延迟跟踪和条纹停止。所需的延迟跟踪步骤和数据速率被认为是。两个3位数据流（I和Q）通过嵌入FPGA（现场可编程门阵列）芯片的收发器和PCI Express电缆传输到相关器。
2014-03-19 astro-ph.IM
A GPU based real-time software correlation system for the Murchison Widefield Array prototype
现代图形处理单元（GPU）是提供Tflop/s理论计算能力的廉价商品硬件。GPU非常适合许多计算密集型任务，包括数字信号处理。我们描述了一个基于GPU的射电天文数字相关器的实现和性能。相关器使用NVIDIA CUDA开发环境实现。我们评估了两代NVIDIA硬件上的三种设计选项。不同的设计以不同的方式利用内部寄存器、共享内存和多处理器。我们发现，最佳的性能是实现与最小化的全局内存读取最近几代硬件的设计。基于GPU的相关器优于一个单线程的CPU相当于一个32天线阵列的60倍，并在商品PC硬件上运行。GPU提供的额外计算能力最大限度地提高了PC的相关能力，同时保留了与使用标准硬件、网络和编程语言相关的快速开发时间。通过这种方式，基于GPU的关联系统代表了高性能定制硬件和纯基于CPU的软件关联之间的设计空间的中间地带。相关器被部署在Murchison Widefield Array 32天线原型系统中，在那里它可以长时间实时运行。我们简要描述了原型阵列的数据捕获，流和相关系统。
2009-06-10 astro-ph.IM
A Python/CuPy Software Correlator for QUEST: Real-Time Performance and Initial Imaging
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；School of Arts and Sciences, Shanghai Dianji University（上海电机学院文理学院）；College of Physics and Electronic Engineering, Qilu Normal University（齐鲁师范学院物理与电子工程学院）
本文介绍一种用于小型射电干涉阵列的Python/CuPy软件相关器，评估其在QUEST上的实时性能和初步成像能力，采用多线程数据采集、GPU加速相关运算等技术，实现四天线模式下的高吞吐量和高质量成像。
2026-04-22 astro-ph.IM
Digital Signal Processing using Stream High Performance Computing: A 512-input Broadband Correlator for Radio Astronomy
利用现场可编程门阵列和图形处理单元的“大N”关联函数已被部署为欧文斯谷射电天文台长波阵列站的数字信号处理系统，以实现探测黑暗时代的大孔径实验。该系统采样~ 100 MHz基带，并在~ 58 MHz瞬时子带上处理来自512个天线（256个双极化）的信号，在9 kW包络和单个机架占地面积中实现16.8 Tops/s和0.236 Tbit/s的吞吐量。对于交叉功率的9秒时间平均和总功率数据的1秒平均，输出数据速率为260 MB/s。在部署时，LWA-OV关联函数在N方面是生产中最大的，在复杂的乘法积累方面是第三大的，仅次于超大阵列和阿塔卡马大型毫米阵列。关联函数的相对快速的开发时间和低成本建立了一个模块化的，异构的，计算架构的可扩展性的实际基础。
2015-01-07 astro-ph.IM
The multifrequency Siberian Radioheliograph
描述了西伯利亚多频射电日像仪的10天线样机。该原型由四部分组成：宽带前端天线、模拟后端、数字接收机和相关器。原型天线安装在西伯利亚太阳射电望远镜（SSRT）阵列的最外面的站。来自每个天线的信号通过铺设在地下隧道中的模拟光纤链路传输到工作室。混合后，所有信号在数据传输到相关器之前由数字接收器进行数字化和处理。数字接收器和相关器可通过LAN访问。样机的频率范围为4 ~ 8 GHz。目前采用的是频率切换观测方式。原型数据包括由列表给出的多个频率处的圆偏振。该样机是多频西伯利亚射电日像仪发展的第一阶段。假设射电日像仪将由96个天线组成，并将占用SSRT的西-东-南子阵的站点。射电日像仪将于2012年秋季全面建成。我们计划达到的亮度温度灵敏度约100 K的快照图像，空间分辨率高达13角秒，在8 GHz和偏振测量精度约百分之几。第一个结果与10天线原型的观测太阳微波爆发。原型能力，估计源的大小和位置在不同的频率进行了讨论。
2012-05-22 astro-ph.IM astro-ph.SR
ICE-based Custom Full-Mesh Network for the CHIME High Bandwidth Radio Astronomy Correlator
新一代无线电干涉仪对来自数千个天线馈源的信号进行编码。将这些数据进行数据化和关联需要网络功能，这些功能可以以合理的成本处理前所未有的数据速率。加拿大氢强度测绘实验（CHIME）关联函数处理来自N=2048个数字化仪输入的8位，带宽为400 MHz。以$N^2~\times $带宽测量，它是已经建造的最大的无线电关联函数。它的数字后端必须交换和重组其128个数字化和信道化节点产生的6.6太比特/秒，并将其馈送到256节点空间关联函数，其方式是每个节点从所有数字化仪输入获得数据，但跨越带宽的一小部分（即"转弯“）。为了最大限度地提高转弯系统的性能和可靠性，同时最大限度地降低成本，我们实施了定制的网络解决方案。该系统利用现场可编程门阵列（FPGA）收发器在机箱内的16块电路板之间实现直接、无源、全网状、高速串行连接，在机箱之间交换数据，并使用标准的10 Gbit/s以太网链路将数据卸载到256个图形处理单元（GPU）节点的集群。GPU节点通过组合来自所有板条箱的数据然后计算vibration来完成转弯。眼图和帧误差计数器证实了角转向网络在当前运行的CHIME探路者望远镜（完整CHIME望远镜的原型）和完整CHIME硬件的代表性部分中的无错误操作，提供了端到端的系统验证。分析了一个等效的转弯系统，而不是自定义的无源数据链路与以太网交换机。
2016-08-15 astro-ph.IM
Correlating Radio Astronomy Signals with Many-Core Hardware
射电天文学最近的发展是用许多小天线取代传统的碟形天线。这些信号被组合成一个巨大的虚拟望远镜。巨大的数据流被互相关以滤除噪声。这尤其具有挑战性，因为计算需求随着数据流的数量呈二次方增长。此外，相关器不仅是计算密集型的，而且是非常密集的I/O。例如，LOFAR望远镜每天将产生超过100 TB的数据。未来的SKA望远镜甚至需要艾次浮点运算和千兆比特/秒的I/O。最近的趋势是在软件而不是专用硬件中进行关联，以增加灵活性并减少开发工作。我们在多核CPU和众核架构（如NVIDIA和ATI GPU以及Cell/B. E）上评估相关器算法。correlator是一个流式实时应用程序，比目前通常在众核硬件上实现的应用程序的I/O密集度要高得多。与IBM Blue Gene/P超级计算机上的LOFAR产生式相关器进行了比较。我们调查性能，功率效率和可编程性。我们确定了几个重要的架构问题，导致架构执行次优。我们的研究结果适用于一般的数据密集型应用程序。当前GPU的处理能力和存储器带宽对于相关性目的而言是高度不平衡的。虽然Blue Gene/P上的产品相关器达到了理论峰值性能的96%，但在ATI GPU上只有16%，在NVIDIA GPU上只有32%。细胞/B.E.相比之下，处理器达到了出色的92%。我们发现Cell/B.E.和NVIDIA GPU是最节能的解决方案，它们运行相关器的能效至少是Blue G…
2017-02-02 astro-ph.IM
Direct Wide-Field Radio Imaging in Real-Time at High Time Resolution using Antenna Electric Fields
最近演示的实时直接成像无线电干涉测量相关器是射电天文学的一种新能力。然而，这种方法的宽场成像是具有挑战性的，因为宽场效应和阵列非共面性如果不补偿的话会降低图像质量。在这里，我们提出了一种替代的直接成像相关策略，使用直接傅立叶变换（DFT），建模为线性算子，便于DFT矩阵和来自每个天线的电场的向量之间的矩阵乘法。这为宽视场和非共面效应提供了完美的校正。当使用长波长阵列（LWA）的数据实现时，它提供了与先前演示的直接成像技术相当的计算性能，尽管理论上具有更高的浮点成本。它还具有其他好处，例如成像稀疏阵列和控制天空坐标成像，允许在图像中放置可变像素。在实践中，当在合适的阵列上实施时，它是一种高度灵活和高效的直接无线电成像方法。一个功能的电场直接成像架构使用DFT，旁边的宽场成像技术的探索类似于那些在基于可见度的成像，并解释为什么他们不适合直接与数字化电场数据成像。DFT成像方法的LWA望远镜的实际数据上证明，旁边的详细的性能分析，以及其适用于其他阵列的探索。
2019-10-29 astro-ph.IM
Optimization and Commissioning of the EPIC Commensal Radio Transient Imager for the Long Wavelength Array
下一代孔径阵列预计将由数百至数千个天线元件组成，这些天线元件具有大量的数字信号处理功能，可处理数十至数百MHz的大工作带宽。传统上，FX干涉仪被用作干涉仪的主要信号处理单元。对于大型阵列，这些迭代器的计算成本与$\mathcal{O}(N^2)$相当。另一种成像方法是在电场并行成像相关器（EPIC），最近部署在长波长阵列站在塞维利亚国家野生动物保护区（LWA-SV）在新墨西哥州。EPIC采用了一种新颖的结构，该结构以具有全偏振或部分偏振的阵列的角分辨率和信道化器的全光谱分辨率产生天空的电场或强度图像。通过消除中间互相关数据产物，对于密集（但在其他方面任意）阵列布局，与从$\mathcal{O}(N^2)$到$\mathcal{O}(N \log N)$的常规FX~或XF~相关器相比，计算成本可以显著降低。EPIC还可以通过直接产生用于科学分析的偏振图像产品来降低输出数据速率。我们已经优化了EPIC，现在已经在LWA-SV将其作为一个可扩展的全天空成像后端，可以在毫秒级时间尺度上检测和定位脉冲无线电发射源。在本文中，我们回顾了EPIC的体系结构，描述了提高性能的代码优化，并从调试观察中提出了初步验证。EPIC测量和同步波束形成的观测亮源之间的比较表明，光谱的时间结构，在很好的协议。
2023-01-23 astro-ph.IM
Omniscopes: Large Area Telescope Arrays with only N log N Computational Cost
我们发现，望远镜阵列的天线布局类别允许廉价的分析硬件（相关器成本缩放为Nlog N，而不是N^2，天线数量为N）是非常大的，不仅包括以前讨论的矩形网格，而且还包括任意层次的网格，在每一级任意旋转和剪切。我们表明，这样的一个2D阵列的n级层次结构的所有相关性可以有效地计算通过快速傅立叶变换，而不是2，但2n维。这可以降低相关器的主要成本，用于需要在广泛分离的角尺度上具有高灵敏度的科学应用，例如21 cm断层扫描（需要短基线来探测宇宙信号，需要长基线来去除点源），有助于未来使用数千或数百万个廉价的偶极天线进行21 cm实验。这种分层网格结合了传统阵列布局的角分辨率优势和矩形快速傅立叶变换望远镜的成本优势。我们还描述了一个算法，如何一个子类的分层阵列可以有效地使用旋转合成产生全球天空地图，最小的噪音和一个良好的特征合成光束。
2010-08-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Real-Time, All-Sky, High Time Resolution, Direct Imager for the Long Wavelength Array
射电天文学的未来将需要具有更高灵敏度的大收集区域，更快调查速度的宽视场以及相对于当前能力的有效计算和数据速率的仪器。我们描述了第一次成功部署的电场并行成像相关器（EPIC）的LWA站在塞维利亚，新墨西哥州，美国（LWA-SV）。EPIC是大型干涉仪计算问题的解决方案。通过对来自天线的信道化电场进行实时网格化和空间傅立叶变换，EPIC去除了所有天线电压对的显式交叉相乘以合成孔径，从而将计算缩放从$\mathcal{O}(n_a^2)$减少到$\mathcal{O}(n_g \log_2 n_g)$，其中$n_a$是天线的数量，而$n_g$是网格点的数量。这不仅节省了密集阵列的计算成本，而且实时产生非常高的时间分辨率图像。基于GPU的实现使用现有的LWA-SV硬件和高性能流框架Bifrost。我们研究的EPIC部署的实际细节和验证的成像性能，通过检测流星的影响，在大气中使用连续的全天空成像在50毫秒的时间分辨率。
2019-04-25 astro-ph.IM
Solving the Corner-Turning Problem for Large Interferometers
所谓的转角问题是具有大量天线的射电望远镜的主要瓶颈。这个问题本质上是快速转置一个矩阵，这个矩阵太大而不能存储在一个单一的设备上;在无线电干涉测量中，它的发生是因为来自每个天线的数据需要被路由到一个处理器阵列，每个处理器将处理有限的数据部分（比如说频率范围），但需要每个天线的输入。我们提出了一种低成本的解决方案，允许相关器转置其数据在实时，而无需争夺带宽，通过蝴蝶网络既不需要额外的RAM存储器，也不需要昂贵的通用开关硬件。我们讨论了使用FPGA，CMOS，模拟逻辑和光学技术的可能实现，并得出结论，即使是即将到来的大规模无线电阵列的拐角特纳成本可以很小。
2010-08-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Commensal observing with the Allen Telescope array: software command and control
艾伦望远镜阵列（英语：Allen Telescope Array，ATA）是一个大数小直径射电望远镜阵列，目前拥有42个独立天线和5个独立的后端科学系统（2个成像FX放大器和3个时域波束形成器），位于帽溪射电天文台（HCRO）。ATA的目标是同时运行多个后端，同时支持多个科学项目。主要的软件控制系统基于Java、JRuby和Ruby on Rails的组合。主控制API经过简化，可轻松与新的后端系统集成，而软件堆栈的较低层则由主观测系统处理。为ATA安排观测是基于找到多个项目的科学需求之间的联盟，并自动确定一个有效的路径来操作各种子组件，以满足这些需求。建成后，ATA有望成为世界级的射电望远镜，将SETI项目与众多射电天文学科学项目相结合。
2010-10-11 astro-ph.IM
A real-time software backend for the GMRT
软件信号处理的新时代对射电天文仪器产生了巨大的影响。我们的设计和实施的32天线，33 MHz，双极化，完全实时的软件后端的GMRT，只使用现成的组件，是一个例子。我们已经建立了一个相关器和波束形成器，使用基于PCI的ADC卡和48个节点的Linux集群，具有双千兆节点间连接，以满足实时数据传输的要求。高度优化的计算管道使用高速缓存高效的多线程并行代码，并辅以矢量化处理。该后端允许灵活的最终时间和频率分辨率，以及实现射频干扰抑制算法的能力。我们的方法允许相对快速地开发一个相当复杂和灵活的后端接收器系统的GMRT，这将大大提高望远镜的生产力。在本文中，我们描述了一些第一个灯使用这个软件处理管道。我们相信这是第一个像GMRT这样的中等规模阵列的实时天文台后端实例。
2010-06-10 astro-ph.IM
The Next Generation Very Large Array
下一代甚大阵（ngVLA）是美国国家射电天文台（NRAO）正在设计的一个转型射电天文台。它将在灵敏度、分辨率和紫外线覆盖范围方面提供数量级的改进，超过目前的Jansky甚大阵列（VLA），频率范围约为1.2-50 GHz，并将频率范围扩展到70-115 GHz。该文件是加拿大社区成员为2020年长期计划小组撰写的白皮书，该小组将对加拿大未来的天文学方向提出建议。由于加拿大人历来是VLA的主要用户，并且一直是ALMA的NRAO的重要合作伙伴，因此欢迎加拿大参与ngVLA。过去五年来，加拿大人实际上参与了ngVLA的讨论，并在ngVLA科学和技术咨询委员会中发挥了领导作用。加拿大的技术对ngVLA也很有吸引力，特别是我们的无线电天线、接收器、相关器和数据档案的设计，以及我们实现这些设计的工业能力。事实上，加拿大对ngVLA天线和相关器/波束形成器的设计目前是该项目的基线模型。考虑到加拿大无线电社区的规模和VLA（和ALMA）的早期使用，我们建议加拿大以7%的水平参与ngVLA。这种参与将是重要的，足以使加拿大在建设和使用全球VLA方面发挥领导作用。加拿大参与ngVLA不应妨碍其参与SKA;使用这两个设施对于满足加拿大射电天文学的需求是必要的。事实上，ngVLA将填补那些射频与SKA和ALMA在高灵敏度和分辨率可观察到的差距。加拿大在ngVLA的伙伴关系将使其能够获得尖端设施，共同覆盖大…
2019-11-04 astro-ph.IM
Mapping our Universe in 3D with MITEoR
通过对来自中性氢的红移21厘米谱线进行成像来绘制我们的三维宇宙地图，有可能超越宇宙微波背景，成为我们最强大的宇宙学探测器，因为它可以绘制我们宇宙的更大体积，为再电离、暴胀、暗物质、暗能量和中微子质量的时代提供新的线索。我们报告MITEoR，探路者低频无线电干涉仪，其目标是测试技术，大大降低了成本，这样的三维映射给定的灵敏度。MITEoR通过使用大量基线冗余来实现这一点，以实现自动精确校准，并将相关器成本从N^2降低到NlogN，其中N是天线的数量。MITEoR的64个双极化元件的成功预示着更雄心勃勃的HERA项目，该项目将采用多个数量级的天线，采用许多相同或类似的技术，每个天线都具有更大的收集面积。
2013-09-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
AMiBA: System Performance
Y.T.微波背景各向异性Lee阵列（AMiBA）于2007年初开始科学运行。本工作描述了系统性能的优化测量的Sunyaev-Zel'dovich效应的六个大质量星系团的红移$0.09 - 0.32$。在2块差分观测中，在1小时的源上积分中，我们用7个0.6米的碟实现了$63\pm 7$ mJy的点源灵敏度。我们测量并补偿了我们的平台安装干涉仪的天线之间的延迟。光束切换被用来消除仪器的不稳定性和地面拾取。总功率和相稳定性在小时的时间尺度上是良好的，并且该系统被示出在每个基线/相关性300小时的等效时间尺度上向下积分，或者对于整个阵列约10小时。虽然宽带相关器导致良好的灵敏度，但相关器中的少量滞后导致测量不佳的带通响应。我们通过使用外部校准器（木星和土星）对此进行了校正。以木星为通量标准，测得土星盘亮温度为$149^{+5}_{-12}$ K。
2009-02-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Accelerating Radio Astronomy Cross-Correlation with Graphics Processing Units
我们提出了一个高度并行实现的时间序列数据的互相关，使用图形处理单元（GPU），这是可扩展到数百个独立的输入，并适合于处理来自“大N”阵列的许多无线电天线的信号。该算法的计算部分，X引擎，在Nvidia的费米架构上有效地实现，维持高达79%的峰值单精度浮点吞吐量。我们比较了硬件和软件管理的缓存获得的性能，观察后者显着更好的性能。报告的高性能涉及使用多级数据平铺策略在内存中，并使用流水线算法，同时计算和传输的数据从主机到设备内存。与ASIC和FPGA实现相比，GPU实现的代码开发速度，灵活性和低成本有可能大大缩短相关器开发和部署的周期，对于可以容忍一些功耗损失的情况。
2011-08-01 astro-ph.IM cs.CE
AMiBA: Cluster Sunyaev-Zel'dovich Effect Observations with the Expanded 13-Element Array
微波背景各向异性阵列（AMiBA）是一个共面干涉仪阵列，工作波长为3 mm，用于测量星系团的Sunyaev-Zeldovich效应（SZE）。在操作的第一阶段-使用具有0.6米天线的紧凑型7元件阵列（AMiBA-7）-我们在5 \arcmin到23 \arcmin的角度尺度上观察到六个集群。在这里，我们描述的扩展AMiBA的13个元素的阵列与1.2米天线（AMiBA-13），其随后的调试，和我们的集群SZE观测计划。与AMiBA-7相比，最重要的变化是（1）阵列重新配置，基线范围从1.4米到4.8米，覆盖角度范围从2 \arcmin到11.5 \arcmin，（2）13个新的轻质碳纤维增强塑料（CFRP）1.2米反射器，以及（3）额外的反射器和6个新的接收器。从AMiBA-13 SZE观测计划，我们在这里提出的12个集群的一个子集的地图。在亮点中，我们结合了Abell 1689的AMiBA-7和AMiBA-13观测，并假设广义NFW压力分布进行联合拟合。我们的圆柱积分康普顿y值为这个集群是一致的BIMA/OVRA，SZA，和普朗克的结果。我们报告的第一个有针对性的SZE检测对光学选择的星系团RCS J1447+0828，我们证明了AMiBA SZE数据作为总集群质量的代理的能力。最后，我们表明，我们的AMiBA-SZE派生的集群质量是一致的，最近在文献中的透镜质量测量。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Digital Calibration Source for 21cm Cosmology Telescopes
前景减缓对所有使用红移中性氢21厘米发射线的宇宙学目标的下一代射电干涉仪至关重要。试图消除这种前景发射导致了新的分析技术以及专门用于仪器光束和增益校准的硬件的新发展，包括稳定的信号注入干涉阵列和基于无人机的光束映射平台。目前文献中使用的无线电校准源是宽带非相干源，其只能被检测为过量功率并且对相位信息没有直接灵敏度。在本文中，我们描述了一个数字无线电源，它使用全球定位卫星（GPS）派生的时间戳，形成一个确定性的信号，可以从空中平台广播。可以在仪器相关器处本地部署该源的副本，使得来自空中平台的接收信号可以与本地副本相关，并且可以在每个干涉测量元件的幅度和相位两者中测量所得到的相关性。我们定义了这样一个源的要求，描述了一个初始的实施和验证这个源使用商业软件定义的无线电板，并提出了波束图切片天线范围测量使用商业板。我们发现商用板并不能满足所有要求，因此我们还建议未来使用更复杂的芯片组。
2022-11-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Towards the processing, review, and delivery of 80% of the ALMA data by the Joint ALMA Observatory (JAO)
经过八个观测周期，阿塔卡马大型毫米-亚毫米波阵列（ALMA）能够在八个不同的波段（覆盖84至950 GHz的频率范围）进行观测，具有66个天线和两个放大器。对于当前的周期（7），ALMA为12-m阵列提供高达4300小时的服务，为Atacama紧凑型阵列（ACA）和TP阵列的7-m提供3000小时的服务，再加上750小时的补充服务。从客户的角度来看（即，ALMA是一个综合产品服务提供商，即它以服务模式进行观测，处理和交付所获得的数据。数据管理小组（DMG）负责ALMA数据的处理、审查和交付，由分布在14个国家的ALMA区域中心（ARC）和ALMA联合观测站（JAO）的约60名数据简化专家组成。在交付之前，ALMA数据产品经过了全面的质量保证（QA）过程，因此天文学家可以在不需要大量额外校准重新处理的情况下进行科学工作。目前，大约90%的采集数据是通过ALMA管道（所谓的管道数据）处理的，而剩下的10%则完全是手动处理的。天文台为DMG设定的第一级关键绩效指标是，90%的可用管道传输的数据集（即在一个观测周期内观测到的约80%的数据集）必须在数据采集后30天内处理、审查和交付。本文描述了JAO遵循的方法，以处理第7周期期间观察到的近80%的总数据，相对于第4周期（2016年10月至2017年9月）的约30%，这是一个巨大的飞跃。
2021-01-09 astro-ph.IM physics.data-an
