基于分布式计算的脉冲星搜索加速及脉冲星候选体特征提取和识别方法研究与实现

摘要

随着500米口径球面射电望远镜FAST的建成和配套的超宽带接收机、19波束接收机设备的逐次调试试运行，脉冲星巡天数据进入PB时代。国外的射电望远镜建成较早，数据记录密度低，产生的数据量仍然处于GB量级，已有的脉冲星处理技术计算效率低下，无法直接应用于新的场景。在这种情况下，脉冲星数据计算处理、脉冲星候选体识别筛选等问题的解决仍存在很大的困难，也是一个不小的挑战。本文的主要工作如下： 第一、结合脉冲星搜索算法的特点，采用分布式技术与并行化技术相结合的方法，设计并开发了基于脉冲星处理套件PRESTO的分布式脉冲星数据计算系统，数量级的提升脉冲星搜索计算能力，并针对计算系统，搭建了计算系统的运行管理平台，提高系统的可维护性，降低了运行和管理分布式系统的操作复杂度；第二、提出了一种基于模式识别的脉冲星候选体特征提取算法，并结合数据库技术进行快速的脉冲星候选体筛选与排序，作为对脉冲星候选体工作的有力的补充和辅助工具。经过测试，分布式计算系统数量级的提升了脉冲星数据处理的效率；使用提取的脉冲星候选体特征筛选识别候选体的效果也达到了设计预期。本文的工作已经运用于FAST射电望远镜试观测运行阶段的脉冲星数据处理工作中，解决了脉冲星数据处理中的实际问题。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1脉冲星搜索软件的计算能力研究现状

1.2.2脉冲星候选体识别研究现状

第二章脉冲星科学简介

2.1脉冲星科学简介

2.1.1脉冲星现象

2.1.2脉冲星信号的特征

2.1.3脉冲星研究的科学意义

2.1.4脉冲星巡天介绍

2.2脉冲星观测数据处理

2.2.1脉冲星搜索方法

2.2.2脉冲星搜索主流软件

2.2.3分布式计算技术和数字图像处理

第三章基于PRESTO的脉冲星搜索加速系统的架构设计与实现

3.1分布式的脉冲星计算的可行性与方法分析

3.1.1分布式计算加速PRESTO的可行性

3.1.2加速工作主要方法是

3.2系统架构设计

3.2.1分布式计算架构的设计

3.2.2分布式计算系统的工作逻辑

3.3分布式计算系统架构实现

3.3.1基础服务模块

3.3.1.4 TCP网络通信子模块

3.3.2 task_server模块

3.3.3 task_client模块

3.3.4分布式系统的工作流程

3.3.5分布式计算系统的数据库设计

3.4并行脉冲星搜索计算架构设计

3.4.1 PRESTO脉冲星搜索软件算法分析

3.4.2并行化脉冲星搜索结构分析

3.4.3并行脉冲星搜索架构设计：

3.5并行架构实现：

3.5.1 Fits切割模块

3.5.2 I/O速度优化

3.5.3 Rfifind模块

3.5.4 CPrepsubband模块

3.5.5 CSearchrDM模块

3.5.6 CPrefold模块

3.6计算系统的自动化运维

3.6.1进程管理工具supervisor

3.6.2集中化远程命令控制工具clustershell

3.6.3集群监控工具ganglia

3.6.4无盘终端

第四章基于模式识别的脉冲星候选体识别方法研究与实现

4.1脉冲星候选体的识别方法分析

4.2 基于模式识别的脉冲星候选体特征方法

4.2.1基于模式识别的脉冲星候选体特征选择

4.2.2特征提取算法的设计

第五章系统测试

5.1分布式和并行化的脉冲星数据处理计算系统测试

5.1.1 测试环境

5.1.2测试计算数据

5.1.3测试计算参数

5.1.4测试结果：

5.2基于模式识别的脉冲星候选体识别方法的测试：

第六章总结与展望

6.1本文工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

附录

1、无盘工作站的搭建

2、测试使用的400个PMPS观测文件列表