AST3实时数据处理关键技术与系统

望远镜所获得的观测数据，必须借助专门的数据处理系统方有可能产出有意义的科学成果。本课题针对将安装在南极昆仑站的AST3望远镜展开数据处理系统相关研究，目标是使AST3的观测数据能够得到实时处理，高效发现科学目标。主要研究内容包括高可靠的系统方案、高性能的数据处理算法、图像相减测光算法的专用硬件实现。高可靠的系统方案将建立计算机资源状态与数据处理流程的模型，使系统能够根据资源状态自动调整，确保核心处理的实时性，并将各台望远镜的数据处理计算机组织为互为备份的HA集群；高性能的数据处理算法着重于数据结构重构、算法优化、面向SMP/多核环境及GPU加速环境的算法并行化等；图像相减算法专用硬件的研究是将此核心处理算法以专用硬件加速的方式实现，提高整体性能并降低CPU负载。课题研究工作不仅能够为AST3提供实时数据处理系统支持，同时也将为其他大型天文观测设备的数据处理工作培养人才，积累技术和经验。

望远镜所获得的观测数据，必须借助专门的数据处理系统方有可能产出有意义的科学成果。本课题的主要工作是为正在陆续安装在南极昆仑站的AST3望远镜研发实时数据处理系统AST3_RPS，使AST3的观测数据能够得到及时处理，以期高效发现超新星等科学目标。课题完成的研究内容包括直接服务于AST3望远镜南极现场的高可靠的系统方案、高性能的数据处理算法、图像相减测光算法的SoC实现等，并对海量天文数据环境中高效交叉证认计算、面向宇宙学模拟的三点相关函数计算、并行程序设计方法等相关天文信息技术相关领域展开了研发工作，这些工作为AST3望远镜实时和离线数据处理提供支持。高可靠的系统方案核心是具体自保护功能的后台守护进程，实时监控观测图像处理的流程，使系统能够根据资源状态自动调整，确保核心处理的实时性，并将各台望远镜的数据处理计算机组织为互为备份的HA集群；高性能的数据处理算法方面，针对图像相减测光计算过程，进行了基于OpenMP与GPU的并行化与性能调优，使得在南极现场观测过程中，每一幅图像都能够在下一图像生成之前得到处理，确保数据处理的实时性，同时也对天文交叉证认计算、三点相关函数行化等非实时数据处理方面的计算进行了并行化研究探索；研究设计了基于T*Core的图像相减算法专用硬件SoC方案，在低功耗条件下提高整体性能并降低CPU负载；天文学研究中海量数据处理与数值模拟计算对并行计算技术的需求日益增加，本课题在简化并行程序设计方面也进行了研究，提出了DAG数据驱动的编程模型和运行时系统，实现了面向共享内存和多处理器集群两类环境的运行时环境，天文交叉证认计算等科学范例已经得以应用。课题研究工作不仅为AST3提供了实时数据处理系统支持，同时也将为AST3离线数据分析处理以及其他大型天文观测设备的数据处理工作培养了人才团队，积累了技术和经验。