Главная > Авиационная и космическая техника > Коррелятор системы астрономических данных

Коррелятор для системы обработки радиоастрономических данных

Компанией «НПП «Цифровые решения» был разработан коррелятор для системы обработки радиоастрономических данных. Назначение устройства – корреляционная обработка информации поступающей от радиотелескопов в сетях радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами.

Характеристики системы:

  • количество источников радиоастрономических данных – 4;
  • максимальное значение временного сдвига между сигналами – 200 мс;
  • максимальное значение относительного спектрального сдвига между сигналами – 500 кГц;
  • количество коэффициентов корреляции на базу – 64;
  • время усреднения – от 100 до 1000 мс;

Коррелятор выполнен в стандартном девятнадцати дюймовом конструктиве высотой 2U. Основными компонентами устройства являются аппаратный модуль и одноплатный компьютер. Передача данных между этими блоками осуществляется по интерфейсу Gigabit Ethernet. Также в корреляторе предусмотрена возможность обмена данными между аппаратным модулем и одноплатным компьютером по шине PCI Express x4 (пропускная способность 10 Гбит/сек).

Для обмена с внешними устройствами в корреляторе имеются следующие интерфейсы:

  • 6 USB;
  • VGA
  • RS-232;
  • Gigabit Ethernet;
  • 3 SFP+
  • 4 VSI

Аппаратный модуль включает в свой состав две высокопроизводительных ПЛИС Xilinx семейства Kintex 7, а также сменный модуль памяти DDR3 SDRAM в форм-факторе SO-DIMM емкостью 2 ГБайта. Аппаратный модуль выполняет корреляционную обработку данных. Причем основная вычислительная нагрузка ложится на одну ПЛИС, а вторая используется для управления и связи с одноплатным компьютером. Обмен данными между микросхемами ПЛИС осуществляется по последовательным высокоскоростным линиям передачи. Всего предусмотрено 8 двунаправленных линий с максимальной пропускной способностью 10 Гбит/сек каждая. Память, размещенная на модуле, предназначена для компенсации задержки между источниками данных. Для подключения источников используется четыре интерфейса VSI.

Одноплатный компьютер предназначен для управления аппаратным модулем, приема результатов вычислений и вторичной обработки данных, а также для передачи информации конечным потребителям. Компьютер функционирует под управлением операционной системы Windows. Для передачи результатов корреляционной обработки конечным потребителям используется внешний интерфейс Gigabit Ethernet.

Высокая производительность ПЛИС позволила реализовать большую часть алгоритма в рамках одной микросхемы. Входные данные от четырех источников поступают на интерфейсную ПЛИС, с которой передаются на вычислительную. Далее, за счет внешней памяти, компенсируется задержка между входными каналами. Поскольку источники информации движутся относительно точки измерения, необходима компенсация эффекта Доплера. После компенсации расхождений по частоте и задержке, осуществляется взаимная корреляционная обработка информационных потоков с заданным временем усреднения. Результаты вычислений передаются в интерфейсную ПЛИС, откуда, по интерфейсу Gigabit Ethernet, поступают на одноплатный компьютер.

Благодаря гибкости разработанное устройства имеет высокий потенциал применения как в области радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, так и в других направлениях требующих цифровой обработки информации.

Коррелятор разрабатывался для взаимодействия с системами хранения радиоастрономических данных MARK5B, но также предусмотрена возможность обмена данными с устройствами хранения MARK6.

Коррелятор для системы обработки радиоастрономических данных можно рассматривать как универсальный вычислительный комплекс. Для ввода и вывода данных в разработанном устройстве имеются три интерфейса SFP+ с пропускной способностью 10 Гбит/сек каждый, Gigabit Ethernet и VSI. 160 линий LVDS четырех интерфейсов VSI могут быть использованы как отдельные линии передачи данных. Для задач требующих высокоскоростной первичной обработки данных в реальном времени могут быть использованы две ПЛИС. Соединение ПЛИС на скорости до 80 Гбит/сек обеспечивает возможность распределения вычислительной нагрузки между двумя микросхемами. Для вторичной обработки может быть использован встроенный компьютер. Поскольку он имеет стандартную архитектуру, существует возможность использования любой операционной системы. Связь между аппаратным модулем и одноплатным компьютером возможна как по интерфейсу Gigabit Ethernet, так и по интерфейсу PCI Express x4.