[發(fā)明專利]脈沖星相干消色散系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010130257.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111368252A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托乎提努爾;王娜;張海龍;王杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院新疆天文臺
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14;G06T1/20
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種相干消色散的方法，包括以下步驟：讀取脈沖星基帶數(shù)據(jù)；對主機(jī)端CPU和設(shè)備端GPU變量和參數(shù)進(jìn)行初始化；CPU和GPU的數(shù)據(jù)處理相對獨(dú)立，通過指針傳遞方式，交換數(shù)據(jù)；將CPU內(nèi)存的數(shù)據(jù)復(fù)制到GPU顯存；設(shè)置及初始化FFT plan；計(jì)算FFT算法；CPU啟動GPU kernel函數(shù)，分配GPU多線程任務(wù)，在頻率域，計(jì)算脈沖星信號與星際介質(zhì)函數(shù)chirp的乘法運(yùn)算，在設(shè)備端GPU的多線程執(zhí)行相干消色散處理算法；將GPU Kernel處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成時域信號，設(shè)置1D逆IFFT plan；將處理結(jié)果復(fù)制到CPU，并且數(shù)據(jù)重疊的部分去掉；寫入文件，如果所有數(shù)據(jù)的消色散處理結(jié)束，釋放GPU設(shè)備端開辟的內(nèi)存資源。本發(fā)明解決了由于相干消色散算法計(jì)算量巨大在CPU平臺上無法實(shí)時計(jì)算的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉脈沖星信號觀測及搜尋技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖星相干消色散系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

脈沖星是一種快速自轉(zhuǎn)的中子星，具有非常高的密度和穩(wěn)定的周期，它在繞自身旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)的同時，電磁波沿磁極方向向外發(fā)射，當(dāng)電磁波掃過地球時，地球上的射電望遠(yuǎn)鏡會接收到周期性的脈沖信號。脈沖星信號在宇宙空間傳播過程中遇到星際介質(zhì)的影響。由于這些星際介質(zhì)色散的影響，不同頻率的無線電波的傳播速度不同，高頻傳播的比低頻快，因此脈沖星信號到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡的時間有延遲，增加帶寬會導(dǎo)致脈沖加寬，脈沖能量分散而使脈沖輪廓變形，靈敏度下降，甚至?xí)⒚}沖信號平消失。

由于脈沖星信號極其微弱，為了觀測到清晰可見的脈沖輪廓需要對脈沖星信號進(jìn)行色散處理。脈沖星消色散技術(shù)可以有效提高天文觀測的靈敏度，提升觀測系統(tǒng)的脈沖星識別和檢測能力。近年來脈沖星科學(xué)研究和觀測對消色散技術(shù)提出了更高的要求，具備超帶寬、高速信號處理能力的消色散系統(tǒng)將是未來射電脈沖星觀測設(shè)備發(fā)展的必然趨勢，并且相關(guān)技術(shù)遇到很大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的相干消色散處理技術(shù)具有如下缺陷：

(1)脈沖星相干消色散方法本身計(jì)算量巨大，包含F(xiàn)FT、IFFT及chirp函數(shù)乘法運(yùn)算，現(xiàn)有的消色散處理方法運(yùn)算效率相對較低，耗費(fèi)時間長，無法滿足高速實(shí)時的脈沖星觀測需求。目前，普遍使用的相干消色散處理在計(jì)算機(jī)上通過串行的方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭褂肅PU線程，無法進(jìn)行高度并行化，運(yùn)行效率低，速度慢。

(2)觀測設(shè)備性能的提升迅速擴(kuò)大了射電天文可觀測天體信號的頻率范圍，隨著觀測帶寬的不斷增加，分辨率也越來越高，導(dǎo)致產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常龐大，現(xiàn)有的相干消色散技術(shù)無法快速實(shí)時的處理海量數(shù)據(jù)。例如，超寬帶接收機(jī)、多波束接收機(jī)及PAF接收機(jī)等前沿的觀測設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常巨大，通常是TB量級的，這種大數(shù)據(jù)的實(shí)時處理對相干消色散技術(shù)和色散處理算法提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

(3)由于現(xiàn)有的CPU相干消色散方法速度慢、實(shí)時數(shù)據(jù)處理性能較差等問題，無法滿足脈沖星信號的搜尋需求。因此，脈沖星搜尋一般采用計(jì)算量較小的非相干消色散處理方法，但是這種方法無法完全消除脈沖星色散效應(yīng)，一定程度上影響信號信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種脈沖星相干消色散系統(tǒng)及方法，以期至少部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一方面，提供了一種相干消色散的方法，包括以下步驟：

步驟1：讀取脈沖星基帶數(shù)據(jù)；對主機(jī)端CPU和設(shè)備端GPU變量和參數(shù)進(jìn)行初始化；

步驟2：CPU和GPU的數(shù)據(jù)處理相對獨(dú)立，通過指針傳遞方式，交換數(shù)據(jù)；

步驟3：將CPU內(nèi)存的數(shù)據(jù)復(fù)制到GPU顯存；

步驟4：設(shè)置及初始化FFT plan，使用cufftPlan1d(plan,fftsize,CUFFT_C2C,BATCH)設(shè)置1D復(fù)數(shù)到復(fù)數(shù)FFT算法執(zhí)行規(guī)則；

步驟5：計(jì)算FFT算法；