21CMA脉冲星观测系统的延迟标定

作     者：梁嘉一 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王洪光;朱炜玮

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070401[理学-天体物理] 0704[理学-天文学] 

主      题：射电天文学 合成孔径 脉冲星 21CMA 

摘      要：脉冲星搜寻一直是射电天文领域的重要课题。综合孔径阵列望远镜由于多波束,高灵敏度以及宽视场等特性使得其在脉冲星搜寻上有着特殊优势。由中国等多国合作建设的平方公里阵列(Square Kilometer Array,SKA)预计将拥有超过1平方公里的总建成面积,频率范围覆盖低中高各个频段,将是世界规模最大的综合孔径阵列望远镜。SKA的主要科学目标之一就是脉冲星巡天。 位于新疆的21厘米阵列(21 Centimeter Array,21CMA)是目前国内最大规模的低频(300MHz以下)综合孔径阵列望远镜,也是中国SKA的低频阵列先导。为21CMA建设一套独立完整的脉冲星观测系统,将会为中国SKA项目提供自主可控的低频阵列脉冲星观测搜寻数据处理流程方案,其积累的技术经验也将帮助中国在SKA脉冲星巡天领域拥有主动权。 为完成21CMA脉冲星观测,首要目标是实现波束合成,而波束合成的关键在于对阵列望远镜中各个子阵分配不同权重并进行相位延迟补偿,因此在波束合成之前完成该观测系统的初始相位延迟的标定矫正至关重要。本论文展示了对于21CMA脉冲星观测系统后端的搭建与调试;数据采样、接收、存储以及各子阵数据的相关干涉计算基本流程;并通过综合孔径成图技术利用多次实际观测数据完成北天极脏图成像,以及对整个观测系统的初始相位延迟进行标定。为实现21CMA脉冲星观测系统的波束合成奠定了基础。 具体工作与研究内容主要如下: (1)参与完成了21CMA脉冲星观测系统的后端搭建:主要解决了该观测系统后端的多个采样板同步启动控制,并在高速采样所产生的数据流下成功实现数据零丢包;实际观测数据经过验证后真实正确。后续数据处理流程在软件层面通过GPU实现FX型相关机,完成了各子阵间数据相关干涉。 (2)实现了21CMA的uv覆盖以及脏束模拟,编写了可用的简单网格化工具实现可见度数据的均匀化,并利用真实采样数据实现了21CMA所观测的北天极部分亮源分布的脏图,最后通过综合孔径成图技术来判断并标定该观测系统中各子阵的初始相位延迟。