110 米射電望遠(yuǎn)鏡項目信息技術(shù)挑戰(zhàn)

張海龍，裴鑫，聶俊，王娜，王杰，王萬瓊

1.中國科學(xué)院新疆天文臺，新疆 烏魯木齊 830011

2.中國科學(xué)院射電天文重點實驗室，江蘇 南京 210008

1 QTT 簡介

新疆奇臺 110m 口徑全向可轉(zhuǎn)動射電望遠(yuǎn)鏡[1](QiTai Radio Telescope, QTT)工作波段覆蓋 150MHz–115GHz，臺址位于北緯 43°36'4".03，東經(jīng) 89°40'56".99，海拔約 1760m，距奇臺縣城以南直線距離約46 km。臺址位于東天山北麓，是一處東西約 1.5 km、南北約 2km 四面環(huán)山的矩形盆地，周圍山梁海拔從 1860–2250m 不等，與外圍區(qū)域形成較好的隔離；盆地內(nèi)東南高西北低，海拔約1730–1830m。QTT在南天方向觀測天頂距約83°，覆蓋銀心以南11°的天區(qū)，滿足射電天文學(xué)多種實測研究課題對長時間跟蹤觀測的需要。

QTT將是世界上口徑最大的全可動射電望遠(yuǎn)鏡，可以顯著提高我國天體物理、天體測量、空間探測(例如月球、火星、金星探測)水平，并在一些射電天文研究領(lǐng)域躍入國際前沿。QTT是一個承前啟后的國際一流科研裝置，其高靈敏度、大可視天區(qū)和寬頻率覆蓋將與國內(nèi)現(xiàn)有和正在建設(shè)的射電望遠(yuǎn)鏡在科學(xué)目標(biāo)方面相互補(bǔ)充，且在國際上全面提升從厘米到3mm 波段的觀測能力。QTT 關(guān)鍵技術(shù)的突破，將推動我國在信息技術(shù)、精密機(jī)械、自動控制等多個領(lǐng)域的發(fā)展。

QTT的信號接收與處理流程如圖1所示，天體發(fā)出的射電波段電磁輻射1https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation經(jīng)過天線主反射面匯聚到副反射面，再由副反射面匯聚到接收機(jī)饋源(如接收機(jī)安裝在主焦2https://en.wikipedia.org/wiki/Gregorian_telescope位置則不需要副反射面二次匯聚)，電磁信號經(jīng)接收機(jī)接收、放大后，送入數(shù)字信號處理單元進(jìn)行高精度采樣，數(shù)字化后的信號由 FPGA3https://en.wikipedia.org/wiki/Field-programmable_gate_array進(jìn)行高速實時預(yù)處理，并將生成的數(shù)據(jù)通過高速網(wǎng)絡(luò)傳輸至 GPU 集群進(jìn)行進(jìn)一步處理，最終生成的數(shù)據(jù)經(jīng)有效性檢測后進(jìn)行永久歸檔。

QTT 將在觀測過程中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)信息。以 PAF4https://en.wikipedia.org/wiki/Phased_array觀測系統(tǒng)為參考，數(shù)據(jù)采集參數(shù)按照帶寬1GHz、頻譜分辨率 0.25MHz、4096 頻譜通道、最高時間分辨率 32us、波束為 36個、4個通道偏振、4bit數(shù)據(jù)精度計算得到每個波束的數(shù)據(jù)存儲速率為：

圖1 QTT 數(shù)據(jù)流程接收與處理示意Fig.1 QTT data flow

表1 36波束PAF數(shù)據(jù)量表Table1 36 beams PAF data size

頻譜通道數(shù)/時間分辨率×偏振數(shù)×數(shù)據(jù)精度

=4096/32×4×4Mb/s=2048 Mb/s = 2 Gb/s = 256 MB/s。

36 波束 PAF 觀測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、終端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與備份系統(tǒng)均帶來了巨大的挑戰(zhàn)，本文將從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、終端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲備份系統(tǒng)三個方面介紹 QTT 在信息技術(shù)相關(guān)方向面臨的困難及擬采取的應(yīng)對措施。

2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

奇臺觀測基地園區(qū)網(wǎng)絡(luò)分為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和園區(qū)互聯(lián)網(wǎng)(外網(wǎng))，實現(xiàn) QTT 高速數(shù)據(jù)傳輸鏈路，用于QTT 各設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊、消息傳遞、伺服控制、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。互?lián)網(wǎng)系統(tǒng)滿足 QTT 遠(yuǎn)程控制、e-VLBI 聯(lián)測、QTT 園區(qū)互聯(lián)網(wǎng)訪問等需求。在 QTT 園區(qū)與新疆天文臺本部間建設(shè)數(shù)據(jù)傳輸專線，實現(xiàn) QTT 園區(qū)到新疆天文臺本部間數(shù)據(jù)傳輸，專線數(shù)據(jù)鏈路以可滿足數(shù)據(jù)備份需求為基礎(chǔ)考慮具體帶寬。

QTT 園區(qū)所有外網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量將通過專線接入到臺本部，園區(qū)與臺本部間將通過兩臺路由器互聯(lián)，互聯(lián)網(wǎng)總出口位于臺本部。如圖2所示，QTT 園區(qū)所有互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)出口流量通過核心交換、路由器后轉(zhuǎn)發(fā)到臺本部路由，經(jīng)過行為管理、防火墻后數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到科技網(wǎng)。QTT 園區(qū)互聯(lián)網(wǎng)接入流量，先經(jīng)過位于臺本部的防火墻、行為管理、路由器后轉(zhuǎn)發(fā)到 QTT 園區(qū)路由器，經(jīng)過核心交換設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)到各個需求節(jié)點。所有QTT 園區(qū)互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)經(jīng)過防火墻、行為管理設(shè)備過濾后，進(jìn)一步保障了園區(qū)內(nèi)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)訪問安全。

圖2 奇臺觀測基地網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.2 Network topology of Qitai station

為了降低電磁輻射干擾，園區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、QTT 各大分系統(tǒng)設(shè)備(圖2下半部分所示)，均采用高速或超高速光纖連接。各建筑物之間以及建筑物內(nèi)部均采用光纖布線，1Gbps 帶寬光纖到每個房間，并通過光纖接口網(wǎng)絡(luò)接收設(shè)備或光電轉(zhuǎn)換設(shè)備等將光信號轉(zhuǎn)換為通用的RJ-45 接口連接計算機(jī)。對路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備進(jìn)行整體有效電磁屏蔽，以減小因網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的射頻干擾。

園區(qū)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建局域網(wǎng)，局域網(wǎng)的總結(jié)點和總出口放置在 QTT 園區(qū)核心機(jī)房，樓宇之間網(wǎng)絡(luò)交換速率按照用途和業(yè)務(wù)不同在 10 Gbps-100 Gbps 速率間選擇。

針對天線區(qū)域各數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間擬采用 40Gb 以太網(wǎng)互連，數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)、高性能計算、高速分布式存儲系統(tǒng)之間擬采用 56Gb 或 100Gb Infiniband 互連[2]。以滿足 QTT 多觀測模式過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的傳輸與預(yù)處理要求。

3 終端系統(tǒng)

QTT 終端系統(tǒng)[3]是數(shù)據(jù)存儲與備份系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，在觀測過程中對數(shù)據(jù)質(zhì)量起著決定性作用。依據(jù)QTT 科學(xué)目標(biāo)，終端系統(tǒng)需滿足早期科學(xué)目標(biāo)對引力波、脈沖星、分子譜線、暫現(xiàn)源、活動星系核、深空探測等觀測的要求，具備消色散、譜線分析、總功率、偏振、VLBI、基帶數(shù)據(jù)等信號處理模式。為配合 QTT 各波段、不同類型接收機(jī)進(jìn)行信號采集與分析，終端系統(tǒng)需建設(shè)多信號通道、大信號帶寬、超高數(shù)據(jù)速率、復(fù)雜處理算法、多種處理模式、實時處理等功能的信號采集與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

圖3 QTT 通用終端系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.3 General architecture of QTT universal terminal system

為節(jié)省資源、縮短研發(fā)周期，信號接收與處理單元應(yīng)盡可能在不同觀測波段、不同觀測模式間復(fù)用，可通過加載不同軟件模塊實現(xiàn)信號計算資源復(fù)用。終端系統(tǒng)規(guī)模龐大，計算單元多、觀測模式多樣、信號處理方式復(fù)雜，且考慮到未來新發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)性能的改善、接收機(jī)的升級等因素，終端系統(tǒng)應(yīng)具備可擴(kuò)展性，且易開發(fā)、配置靈活。

3.1 通用終端系統(tǒng)

通用終端系統(tǒng)[4]總體架構(gòu)如圖3所示，主要由射頻多路開關(guān)、信號采集與預(yù)處理前端、高速數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)、信號處理后端和快速存儲磁盤陣列等幾部分組成。終端系統(tǒng)的主要實現(xiàn)功能為采樣、FPGA 預(yù)處理、GPU 處理、海量數(shù)據(jù)傳輸。

信號處理后端由高性能計算系統(tǒng)組成，通過高速數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)與信號采集與預(yù)處理前端連接，為降低信號采集與預(yù)處理前端的功耗從而降低其電磁輻射，將計算強(qiáng)度高的算法移至信號處理后端，射頻干擾(RFI)濾除、多相濾波(PFB)、傅立葉變換(FFT)、消色散、折疊、Stokes 參數(shù)計算、脈沖星搜尋和暫現(xiàn)源探測等都基于 GPU 強(qiáng)大的并行計算能力實現(xiàn)。

為滿足超寬帶、多波束，尤其是 PAF 接收機(jī)的多數(shù)據(jù)通道、大數(shù)據(jù)帶寬和高計算強(qiáng)度的信號處理，擬利用 36個計算節(jié)點，每個節(jié)點配備 4 塊高性能 GPU 計算卡。針對 20cm 波段的PAF，信號通道在 72個左右(按雙極化 36 波束算)，在信號帶寬為1GHz，采用 8bit 數(shù)據(jù)精度條件下，每秒需要處理的數(shù)據(jù)量達(dá)到了1152Gb，所有數(shù)據(jù)交由 144 塊 GPU 進(jìn)行實時處理，每塊 GPU 實時數(shù)據(jù)處理速率為 8Gb/s。當(dāng)前設(shè)計可在理論上滿足脈沖星數(shù)據(jù)處理的計算需求，但 RFI 濾除算法計算量隨電磁環(huán)境變化較大，無法準(zhǔn)確估計。因此，擬采用可靈活擴(kuò)展的計算資源與存儲組織方式，如需更多的計算與存儲資源，可擴(kuò)展更多節(jié)點。

高速數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)用于信號采集與預(yù)處理前端、信號處理后端和快速存儲磁盤陣列間的數(shù)據(jù)交換，可采用 10/40/100Gb 速率以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，滿足大數(shù)據(jù)吞吐量、低延遲、低丟包率等要求。快速存儲磁盤陣列用于高速數(shù)據(jù)暫時存儲，一般在觀測完成后對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，通過降低時間、頻譜分辨率和數(shù)據(jù)精度來壓縮數(shù)據(jù)，處理后的數(shù)據(jù)將被永久存儲。按照高分辨率觀測、PAF 觀測、VLBI和基帶模式等數(shù)據(jù)記錄要求，數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲對終端系統(tǒng)具備極大挑戰(zhàn)。

通用終端系統(tǒng)擬采用 FPGA+CPU+GPU 混合式架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計[5]，利用嚴(yán)格時序的FPGA 集成 ADC 對接收機(jī)輸出的中頻信號進(jìn)行采集和預(yù)處理，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至 GPU 集群進(jìn)行相應(yīng)處理，根據(jù)計算需求分配CPU和GPU 計算資源，GPU 將被用于計算量較大的并行處理過程，CPU 主要完成邏輯控制、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)控制、文件生成和數(shù)據(jù)顯示和監(jiān)測等，處理結(jié)果存儲至高速磁盤陣列。設(shè)計的架構(gòu)靈活、易擴(kuò)展和升級，若后期有更多需求，可通過增加或更換 FPGA 信號處理板以實現(xiàn)信號采集和預(yù)處理，同時增加計算節(jié)點、優(yōu)化算法來提升數(shù)字終端系統(tǒng)的綜合性能。

根據(jù) QTT 主要科學(xué)目標(biāo)，終端系統(tǒng)具有脈沖星、暫現(xiàn)源、分子譜線、總功率、VLBI、基帶數(shù)據(jù)等信號處理模式。

3.2 脈沖星終端

通用終端系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)配置后可實現(xiàn)脈沖星觀測功能，脈沖星觀測分為單脈沖、計時、搜尋等模式，信號處理流程圖如圖4所示。信號由 FPGA 進(jìn)行采集、粗糙通道劃分、并選擇使用 RFI 濾除功能后，通過高速以太網(wǎng)絡(luò)傳輸至高性能計算節(jié)點。消色散、折疊、脈沖星搜尋等計算均基于 GPU 進(jìn)行處理。

RFI 濾波后將數(shù)據(jù)拷貝至共享內(nèi)存緩沖區(qū)，脈沖星信號處理和暫現(xiàn)源探測可并行運(yùn)算。脈沖星信號處理可根據(jù)源的色散量和周期進(jìn)行參數(shù)選擇，單脈沖觀測時先進(jìn)行 PFB和FFT 計算[6]，然后進(jìn)行消色散、Stokes5https://en.wikipedia.org/wiki/Stokes_parameters參數(shù)計算、積分、量化等處理。為提高到達(dá)時間處理的精度，脈沖星計時觀測時可采用相干消色散，然后再進(jìn)行在線折疊。利用 GPU 強(qiáng)大的并行計算能力，可以大大提高相干消色散算法搜尋脈沖信號的執(zhí)行效率。

4 數(shù)據(jù)存儲與備份

QTT 需要支持多種前端、后端及觀測模式，不同觀測模式產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量及傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬需求不同，需要建設(shè)數(shù)據(jù)暫存系統(tǒng)實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理。同時為保證數(shù)據(jù)存儲的可靠性，充分降低因地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)等自然和人為災(zāi)害而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，需要建設(shè)數(shù)據(jù)暫存與預(yù)處理系統(tǒng)，異地、同步、實時備份系統(tǒng)和基于 WEB 的可視化數(shù)據(jù)傳輸與管理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)產(chǎn)生、傳輸、歸檔、備份全過程進(jìn)行管理。建立觀測數(shù)據(jù)發(fā)布平臺，以虛擬天文臺標(biāo)準(zhǔn)[7]、協(xié)議為基礎(chǔ)實現(xiàn)錐形檢索、多約束目標(biāo)檢索，并允許經(jīng)過授權(quán)的用戶下載數(shù)據(jù)，非授權(quán)用戶只能查看元數(shù)據(jù)信息，禁止訪問、下載原始數(shù)據(jù)[8]。建設(shè) QTT 觀測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為海量天文數(shù)據(jù)的后處理提供計算與存儲資源。

根據(jù)模塊化原理設(shè)計數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，一組松散耦合的計算機(jī)、交換機(jī)、路由器和高性能計算服務(wù)器、存儲系統(tǒng)被綁定在一起構(gòu)成一套完整的數(shù)據(jù)傳輸與存儲系統(tǒng)，QTT 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計如圖5所示。

QTT 園區(qū)內(nèi)網(wǎng)實現(xiàn)設(shè)備互連與數(shù)據(jù)傳輸，40Gb或 100Gb 高速專用網(wǎng)絡(luò)將被應(yīng)用于觀測數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)各設(shè)備間互連；10Gb 以太網(wǎng)連接 QTT控制設(shè)備、數(shù)據(jù)采集計算機(jī)等；千兆以太網(wǎng)用于 QTT各設(shè)備管理及園區(qū)辦公設(shè)備互連。外網(wǎng)主要實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)訪問，互聯(lián)網(wǎng)采用專線方式接入臺本部，通過本部路由接入科技網(wǎng)。

從 QTT 海量觀測數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、預(yù)處理、歸檔、備份、后處理、發(fā)布等多環(huán)節(jié)考慮，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)共分為三個大的層次，三個不同的層次對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)管理功能。如圖5所示，Tier0 以高速數(shù)據(jù)鏈路為基礎(chǔ)實現(xiàn)數(shù)據(jù)在園區(qū)內(nèi)的接收、預(yù)處理、數(shù)據(jù)歸檔；Tier1 通過數(shù)據(jù)傳輸專線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的永久備份到臺本部，以臺本部內(nèi)天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為依托，為用戶提供數(shù)據(jù)處理資源，同時為數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器提供元數(shù)據(jù)信息；Tier 2 實現(xiàn)基于虛擬天文臺標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)布與檢索服務(wù)，為用戶提供良好的數(shù)據(jù)訪問接口及檢索服務(wù)。

圖4 脈沖星模式信號處理流程圖Fig.4 Flowchart of pulsar mode signal processing

4.1 數(shù)據(jù)暫存與預(yù)處理

QTT 配備國際一流的觀測設(shè)備和終端系統(tǒng)，采用高寬帶、高時間分辨率、高頻率分辨率觀測技術(shù)，將在脈沖星、分子譜線、活動星系核等課題觀測中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。配備多波束、相位陣接收設(shè)備進(jìn)行巡天觀測時，數(shù)據(jù)量將成倍增長。針對 QTT 數(shù)據(jù)暫存與數(shù)據(jù)預(yù)處理實時計算需要，擬建設(shè) I/O 聚合帶寬不低于 10GB 存儲系統(tǒng)，采用多個 I/O 服務(wù)器并行數(shù)據(jù)讀寫，多臺存儲設(shè)備組成分布式并行文件系統(tǒng)實現(xiàn)高聚合帶寬。采用高性能計算設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時預(yù)處理，最終使數(shù)據(jù)暫存與預(yù)處理系統(tǒng)具備不低于40TFLOPS 計算能力。系統(tǒng)如圖5中Tier 0 所示，數(shù)據(jù)暫存與預(yù)處理系統(tǒng)采用 40Gb 或 100Gb 高速交換設(shè)備互連內(nèi)部計算服務(wù)器與存儲陣列。

4.2 數(shù)據(jù)存儲與備份

如圖5中Tier 0及Tier 1部分所示，由終端傳下來的所有觀測數(shù)據(jù)首先進(jìn)入數(shù)據(jù)暫存服務(wù)器。經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、確定有效性之后，數(shù)據(jù)將導(dǎo)入到永久存儲系統(tǒng)。為確保數(shù)據(jù)的安全性，原始觀測數(shù)據(jù)采用只讀方式存儲。歸檔到永久存儲的原始觀測數(shù)據(jù)將保存在奇臺觀測站，并通過專線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚_本部永久存儲實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份。原始數(shù)據(jù)管理將采用冗余備份機(jī)制，同時至少維護(hù)兩份數(shù)據(jù)拷貝，在臺本部和奇臺觀測基地分別放置一套存儲系統(tǒng)，天文觀測數(shù)據(jù)在兩套陣列之間通過網(wǎng)絡(luò)專線進(jìn)行自動、實時同步。同時建設(shè)基于 WEB 的實時數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程的可視化操作，建立數(shù)據(jù)傳輸日志系統(tǒng)與統(tǒng)計系統(tǒng)，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)歸檔、備份過程可查。

圖5 QTT 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計Fig.5 Overall design of QTT data management system

4.3 數(shù)據(jù)發(fā)布與檢索

如圖5中Tier 2、Tier 3部分所示，建立基于虛擬天文臺標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)布平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與可視化。平臺允許用戶通過虛擬天文臺標(biāo)準(zhǔn)工具軟件、WEB 瀏覽器、各類腳本等媒介檢索所發(fā)布的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及可視化操作等；未經(jīng)授權(quán)用戶只允許查看元數(shù)據(jù)信息，授權(quán)用戶可以下載相應(yīng)觀測原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)平臺上將實現(xiàn)錐形檢索、多約束目標(biāo)檢索及以大規(guī)模并行計算為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)高效檢索。最終用戶可以通過天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析和處理位于臺本部的原始觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)研究。天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與存儲系統(tǒng)間將采用高速鏈路互連，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)產(chǎn)生的處理后數(shù)據(jù)可以二次發(fā)布，周時建立處理后數(shù)據(jù)產(chǎn)生的科研成果與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。

4.4 天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

QTT 產(chǎn)生的海量天文數(shù)據(jù)將無法通過普通臺式計算機(jī)或便攜式計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，面對 PB 量級數(shù)據(jù)只能通過高性能計算設(shè)備來解決數(shù)據(jù)處理問題。如圖5中Tier2 右半部分所示，QTT 產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)將通過天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的后處理，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上安裝的各類軟件工具，附加的高速數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)持續(xù)不斷的將觀測數(shù)據(jù)變成有意義的信息。

天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與永久存儲間將采用高速交換設(shè)備互連，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速訪問、分析與處理，處理后結(jié)果將直接保存到天文數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的存儲設(shè)備中，處理后數(shù)據(jù)通過元數(shù)據(jù)抽取可以進(jìn)行再歸檔、發(fā)布。

5 結(jié)論

正在建設(shè)中的新疆110米全向可動射電望遠(yuǎn)鏡一直在追求更高靈敏度、更高分辨率(時間、空間和頻率)、更大視場以及更寬的頻率覆蓋。射電望遠(yuǎn)鏡接收來自宇宙中非常微弱的射電信號，為了盡可能提高射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度，其接收機(jī)的帶寬已向?qū)拵?、超寬帶發(fā)展，高頻段帶寬已達(dá)到幾十吉赫茲(GHz)，這要求數(shù)字終端系統(tǒng)在采樣與處理技術(shù)上具有超高的性能以匹配前端接收機(jī)。得益于高速數(shù)字化采樣、高速實時數(shù)字信號處理、寬帶信號光纖傳輸?shù)葦?shù)字技術(shù)的進(jìn)步為超寬帶接收機(jī)技術(shù)、數(shù)字終端技術(shù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

針對QTT終端系統(tǒng)面對的多信號通道、大信號帶寬、超高數(shù)據(jù)速率、復(fù)雜處理算法、多種處理模式與實時處理等數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理方面所面臨的問題，擬采用高超高速ADC完成數(shù)據(jù)采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA 實時預(yù)處理后交由GPU集群完成干擾(RFI)濾除、多相濾波(PFB)、傅立葉變換(FFT)、消色散、折疊、Stokes參數(shù)計算、脈沖星搜尋和暫現(xiàn)源探測等進(jìn)一步處理，處理后數(shù)據(jù)經(jīng)有效性檢測后進(jìn)行歸檔。歸檔后數(shù)據(jù)將通過專線實現(xiàn)同城、異地、容災(zāi)備份，同時以歸檔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

為滿足將來寬帶、超寬帶、高精度天文觀測數(shù)據(jù)的長期存儲與維護(hù)需要，QTT項目技術(shù)人員將結(jié)合高性能計算、分布式存儲、數(shù)據(jù)庫多維數(shù)據(jù)索引和高速數(shù)據(jù)交換等最新信息技術(shù)，對海量天文觀測數(shù)據(jù)采樣、傳輸、預(yù)處理、歸檔、備份與發(fā)布全過程繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，最終實現(xiàn)海量天文觀測數(shù)據(jù)的全自動管理。