VLBI 상관 서브시스템 본제품의 제작현장 성능시험

오세진,노덕규,염재환,Tomoaki Oyama,박선엽,강용우 한국융합신호처리학회 2011 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.12 No.4

In this paper, we introduce the 1st performance evaluation of VLBI Correlation Subsystem (VCS) main product, which is core system of Korea-Japan Joint VLBI Correlator (KJJVC). The main goal of the 1st performance evaluation of VCS main product is that the perfection of overall system will be enhanced after checking the unsolved part by performing the experiments towards various test items at the manufacturer before installation of field. The functional test was performed by including the overflow problem occurred in the FFT re-quantization module due to the insufficient of effective bit at the VCS trial product in this performance test of VCS main product. Through the performance test for VCS main product in the factory, the problem such as FFT re-quantization discovered at performance test of VCS trial product in 2008 was clearly solved and the important functions such as delay tracking, daly compensation, and frequency bining were added in this VCS main product. We also confirmed that the predicted correlation results (fringe) was obtained in the correlation test by using real astronomical observed data(wideband/narrow band). 본 논문에서는 한일공동VLBI상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)의 핵심 구성시스템인 VLBI상관서브시스템(VLBI Correlation Subsystem, VCS) 본제품의 1차 성능시험에 대해 기술한다. VCS 본제품의 1차 성능시험의 주요 목적은 현장에 설치하기 전에 제작사에서 다양한 시험항목을 대상으로 시험을 수행하여 문제점을 확인 후 전체 시스템의 완성도를 높이는 것이다. 이번 성능시험에서는 VCS 시작품에서 발견된 FFT 재양자화의 유효비트 부족으로 인한 오버플로어 문제점을 포함한 기능적인 시험을 수행하였다. 이번 VCS 본제품의 공장시험을 통하여 2008년 VCS 시작품의 성능시험에서 발견한 FFT의 재양자화 문제점이 완전히 해결되었으며, VCS 본제품에 지연추적, 지연보상, 주파수 묶음 등의 중요 기능도 추가되었다. 그리고 실제 관측 데이터(광대역/협대역)를 이용한 상관처리 시험에서도 예측되는 상관결과가 출력되는 것을 확인하였다.

한일상관기의 잔차 지연 보정 알고리즘의 개선

오세진,염재환,노덕규,오충식,정진승,정동규,Tomoaki Oyama,Noriyuki Kawaguchi,Hideyuki Kobayashi,Kazuyuki Kawakami,Kensuke Ozeki,Hirohumi Onuki 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.2

n this paper, the residual delay compensation algorithm is proposed for FX-type KJJVC. In case of initial version as that design algorithm of KJJVC, the integer calculation and the cos/sin table for the phase compensation coefficient were introduced in order to speed up of calculation. The mismatch between data timing and residual delay phase and also between bit-jump and residual delay phase were found and fixed. In final design of KJJVC residual delay compensation algorithm, the initialization problem on the rotation memory of residual delay compensation was found when the residual delay compensated value was applied to FFT-segment, and this problem is also fixed by modifying the FPGA code. Using the proposed residual delay compensation algorithm, the band shape of cross power spectrum becomes flat, which means there is no significant loss over the whole bandwidth. To verify the effectiveness of proposed residual delay compensation algorithm, we conducted the correlation experiments for real observation data using the simulator and KJJVC. We confirmed that the designed residual delay compensation algorithm is well applied in KJJVC, and the signal to noise ratio increases by about 8%. 본 논문에서는 FX 형식의 한일상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)의 잔차 지연 보정 알고리즘을 제안하였다. KJJVC의 초기 잔차 지연보정 알고리즘에는 연산의 고속화를 위해 정수 연산과 위상보정 계수를 위한 cos/sin table을 도입하였다. 그리고 잔차 지연 알고리즘의 초기설계에서 데이터의 타이밍과 잔차 지연 위상의 불일치와 비트쉬프트와 잔차 지연 위상의 불일치 문제를 해결하였다. VCS의 잔차 지연 알고리즘의 최종 설계에서는 잔차 지연보정된 값을 FFT segment에 적용할 때 잔차 지연 보정 회전 메모리가 초기화 되지 않는 것을 수정하였다. 제안한 잔치 지연 보정 알고리즘을 이용하여, 교차 전력 스펙트럼의 대역폭 모양이 모든 대역폭에 대해서 손실이 없이 평탄한 것을 확인하였다. 제안한 잔차 지연보정 알고리즘의 유효성을 확인하기 위해 시뮬레이터와 KJJVC를 이용하여 실제 관측데이터를 대상으로 상관처리 시험을 수행하였다. 실험결과를 통하여 제안한 잔차 지연 보정 알고리즘이 KJJVC에 잘 적용되고 있으며, 신호대 잡음비가 약 8% 향상되는 것을 확인하였다.

한일상관센터 현황

오세진,염재환,노덕규,오충식,정진승,정동규,Miyazaki Atsushi,Oyama Tomoaki,Kawaguchi Noriyuki,Kobayashi Hideyuki,Ozeki Kensuke,Onuki Hirofumi 한국천문학회 2012 天文學會報 Vol.37 No.1

VLBI 상관 서브시스템 본제품의 제작현장 성능시험

Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yeom, Jae-Hwan,Oyama, Tomoaki,Park, Sun-Youp,Kang, Yong-Woo,Kawaguchi, Noriyuki,Kobayashi, Hideyuki,Kawakami, Kazuyuki 한국융합신호처리학회 2011 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.12 No.4

본 논문에서는 한일공동VLBI상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)의 핵심 구성시스템인 VLBI상관서브 시스템(VLBI Correlation Subsystem, VCS) 본제품의 1차 성능시험에 대해 기술한다. VCS 본제품의 1차 성능시험의 주요 목적은 현장에 설치하기 전에 제작사에서 다양한 시험항목을 대상으로 시험을 수행하여 문제점을 확인 후 전체 시스템의 완성도를 높이는 것이다. 이번 성능시험에서는 VCS 시작품에서 발견된 FFT 재양자화의 유효비트 부족으로 인한 오버폴로어 문제점을 포함한 기능적인 시험을 수행하였다. 이번 VCS 본제품의 공장시험을 통하여 2008년 VCS 시작품의 성능시험에서 발견한 FFT 의 재양자화 문제점이 완전히 해결되었으며 VCS 본제품에 지연추적, 지연보상, 주파수 묶음 등의 중요 기능도 추가되었다. 그리고 실제 관측 데이터(광대역/협대역)를 이용한 상관처리 시험에서도 예측되는 상관결과가 출력되는 것을 확인하였다. In this paper, we introduce the 1st performance evaluation of VLBI Correlation Subsystem (VCS) main product, which is core system of Korea-Japan Joint VLBI Correlator (KJJVC). The main goal of the 1st performance evaluation of VCS main product is that the perfection of overall system will be enhanced after checking the unsolved part by performing the experiments towards various test items at the manufacturer before installation of field. The functional test was performed by including the overflow problem occurred in the FFT re-quantization module due to the insufficient of effective bit at the VCS trial product in this performance test of VCS main product. Through the performance test for VCS main product in the factory, the problem such as FFT re-quantization discovered at performance test of VCS trial product in 2008 was clearly solved and the important functions such as delay tracking, daly compensation, and frequency bining were added in this VCS main product. We also confirmed that the predicted correlation results (fringe) was obtained in the correlation test by using real astronomical observed data(wideband/narrow band).

한일상관센터 운영과 향후 계획

오세진,염재환,노덕규,오충식,정진승,정동규,Miyazaki Atsushi,Oyama Tomoaki,Kawaguchi Noriyuki,Kobayashi Hideyuki,Shibata M. Katsunori 한국천문학회 2013 天文學會報 Vol.38 No.1

KVN의 광대역 관측 시험 및 결과고찰

오세진,오야마 토모아키,염재환,니시카와다카시,노덕규,김승래,이의겸,제도흥,변도영,이성모,정현수,Oh, Se-Jin,Oyama, Tomoaki,Yeom, Jae-Hwan,Nishikawa, Takashi,Roh, Duk-Gyoo,Kim, Seung-Rae,Lee, Eui-Gyeom,Je, Do-Heung,Byun, Do-Young,Lee, Seong-Mo,C 한국융합신호처리학회 2016 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.17 No.2

본 논문에서는 한국우주전파관측망의 성능 확장을 위해 광대역 관측시스템의 시험 및 결과에 대해 소개한다. KVN은 1024Mbps 속도로 VLBI 관측을 수행하는데, 4주파수 동시관측을 위한 8192Mbps 관측은 정규 운영을 위해 시험하고 있다. 세계 여러 VLBI 관측국에서는 높은 정밀도와 고분해능의 천체를 관측하기 위해 광대역 관측시스템을 독자적으로 개발하거나 여러 나라와 협력하고 있다. KVN은 K/Q//W/D 밴드의 RF 신호를 주파수 변환을 하지 않고 한 주파수 대역에 대해 최대 2048MHz 대역폭을 직접 샘플링하는 OCTAD 고속샘플러를 도입할 계획이다. 따라서 KVN의 성능확장을 위한 사전연구로서 일본국립천문대와의 협력을 통하여 OCTAD 고속샘플러와 데이터 기록을 위한 OCTADISK2 고속기록기를 현장에 설치한 후, 광대역 관측시험을 통하여 성능을 확인하고 그 결과를 본 논문에서 고찰하고자 한다. In this paper, we introduce the results of the testing and observation systems for performance wideband expansion in the Korean VLBI Network(KVN). The KVN performs VLBI observations to 1024 Mbps data rate, and 8192 Mbps observing for four simultaneous observation is now evaluating for normal operation. The VLBI stations in several world countries developed their own wideband observing systems to observe the celestial objects with high precision and high resolution or are working with several countries. The KVN is planning to introduce a high-speed sampler, OCTAD, for sampling directly up to 2048 MHz bandwidth for RF signal of K/Q/W/D band in the frequency band without conversion. Therefore, as a preliminary study for the performance scalability of the KVN then through the close cooperation with National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), the OCTAD high-speed sampler and OCTADISK2 high-speed recorder were installed in the KVN Yonsei station, and verify the performance through a wideband.

VLBI 상관서브시스템의 현장설치 및 시험결과 고찰

Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yeom, Jae-Hwan,Park, Sun-Youp,Kang, Yong-Woo,Oh, Chung-Sik,Oyama, Tomoaki,Kawaguchi, Noriyuki,Kobayashi, Hideyuki,Kawakami, Kazuyuki 한국천문학회 2012 天文學論叢 Vol.27 No.1

In this paper, we describe the installation of VLBI Correlation Subsystem (VCS) main product and its performance at the Korea-Japan Correlation Center (KJCC). The VCS main product was installed at KJCC in August 2009. For the overall performance evaluation of VCS, playbacks, Raw VLBI Data Buffer (RVDB) system, and Data Archive (DA) system were installed together. The VCS main product was connected between RVDB and DA, and the correlation results were put into the DA to confirm the normal operation of VCS 16 station mode configuration. The evaluation test was first performed with 4 station mode, same as the factory test of VCS main product. Based on the results of 4 station mode, the same evaluation test was conducted for 16 station mode of VCS. We found that the correlation results of VCS were almost similarly compared to those of the Mitaka FX Correlator. Through the test results, we confirmed that the problems such as spectrum errors, delay parameter processing module and field programmable gate array errors in antenna unit, which were generated at the factory test of VCS main product, were clearly solved. And we verified the performance and connectivity of VCS by obtaining the expected correlation results and we also confirmed that the performance of VCS was sufficient for real VLBI observation data in both 4 and 16 station modes.

상관결과의 왜곡 방지를 위한 재양자화 방법에 관한 연구

Yeom, Jae-Hwan,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Oyama, Tomoaki,Kawaguchi, Noriyuki,Kobayashi, Hideyuki,Kawakami, Kazuyuki,Onuki, Hirofumi,Ozeki, Kensuke 한국천문학회 2012 天文學論叢 Vol.27 No.5

In this paper, we propose a new re-quantization method after FFT processing to prevent the distortion of correlation result of VCS (VLBI Correlation Subsystem). The re-quantization is used to rearrange the data bit so as to reduce the data rate processed as 16-bit of FFT result of VCS. Having done this procedure, we found that the distorted spectrum of correlation result occurred in the delay tracking experiments by the re-quantization method introduced for initial design of VCS. In order to solve this, two kinds of re-quantization method, that is, the comparison and selection-type, are proposed. The first is to re-quantize the FFT result as a valid-bit by comparing with the input data after determining the adequate threshold. The second is manually to select the valid-bit of FFT result after finding the valid-field of data according to the bit-distribution of input data. We confirmed that the second is more effective compared with the first through the experimental result, and it will be implemented without so much modification of applied method in the condition of the limited resource of FPGA. The re-quantization is, however, carried out with 4-bit in the proposed second method for FFT result, and then the distortion of correlation result is also appeared. To fix this problem, the bit for re-quantization is extended to 8-bit. The proposed 8-bit selection-type is effectively verified so that the distortion of correlation result disappeared by applying to VCS in consequence of the simulation and correlation experiments.

VCS의 지연추적과 프린지 회전에 대한 상관결과 고찰

Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Roh, Duk-Gyoo,Oh, ChungSik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Oyama, Tomoaki,Kawaguchi, Noriyuki,Kobayashi, Hideyuki,Kono, Yusuke,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirohumi 한국융합신호처리학회 2012 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.13 No.4

본 논문에서는 VCS의 지연추적과 프린지 회전 모듈의 문제로 인한 상관결과에 대해 고찰한다. VCS는 FX 형식의 상관기로서 도플러 효과에 의한 전체로부터 도달하는 신호의 지연시간과 프린지 위상을 보정하기 위해 지연추적과 프린지 회전 모듈을 채용하고 있다. 관측데이터는 상관기에서 지연추적과 프린지 회전을 통하여 위상정보도 함께 보정되는데, AIPS에서 상관기보다 장시간의 상관적분을 수행함에 따라 위상이 안정되지 않은 것을 확인하였다. 그리고 상관결과의 해석에서 Delay 값이 정상보다 수십 nsec 정도 오차가 발생하였다. 또한 프린지 회전모듈에서 프린지 초기위상을 결정하지 않아서 상관결과의 위상이 FFT segment 단위로 연결되지 않는 것도 확인하였다. 본 논문에서는 이러한 문제들을 해결하기 위해 지연추적 모듈과 프린지 회전 모듈의 경우 위상보정을 담당하는 모듈의 부호가 반대로 동작하는 것과 관측데이터의 초기위상을 사용하도록 수정하였다. 그리고 프린지 회전 파라미터 계산모듈에 오류가 있는 것을 발견하여 VCS의 로직을 담당하는 프로그램을 개선하였다. 이상의 문제점들에 대해서 상관처리 실험을 통하여 본 논문에서 수정 제안한 알고리즘들이 데이터 해석결과에서 정확함을 확인하여, 개발한 VCS 하드웨어 상관기가 정상적으로 동작하는 것을 확인하였다. In this paper, we investigate the correlation result due to the problems of delay tracking and fringe rotation module in the VCS(VLBI Correlation Subsystem). The VCS, FX-type correlator, adopts the delay tracking and fringe rotation module in order to compensate the delay change and fringe phase of wave signal from the radio source by Doppler's effect. The phase of observed data is also compensated by means of delay tracking and fringe rotation in the correlator, but we confirmed that the phase is unstable by applying long integration period of AIPS(Astronomical Image Processing System) rather than correlator. And the delay value of observed data has the errors of several tens nanoseconds than normal case at the analysis of correlation result. In addition, we found that the phase of correlation results is not connected as the unit of FFT-segment because the initial fringe phase at the fringe rotation module is not correctly determined. In this paper, in order to solve these problems, the original direction of 90 degree phase jump is reversely modified when the bit-shift occurred at the delay tracking. And the initial fringe phase at the fringe rotation module is correctly modified by using the initial phase of observed data. In addition, the parameter calculation module was abnormally operated as designed in the fringe rotation. So, the logical program by the VCS is modified so as to calculate the parameters correctly. Through the experiments of correlation processing over the above problems, the modified proposal algorithm is adequately corrected to the data analysis results, so that the experimental results make it clear for us to operate the developed VCS hardware correlator normally.

한일상관기의 잔차 지연 보정 알고리즘의 개선

Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Oyama, Tomoaki,Kawaguchi, Noriyuki,Kobayashi, Hideyuki,Kawakami, Kazuyuki,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirohumi 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.2

본 논문에서는 FX 형식의 한일상관기(Korea-Japan Joint VLBI Correlator, KJJVC)의 잔차 지연 보정 알고리즘을 제안하였다. KJJVC의 초기 잔차 지연보정 알고리즘에는 연산의 고속화를 위해 정수 연산과 위상보정 계수를 위한 cos/sin table을 도입하였다. 그리고 잔차 지연 알고리즘의 초기설계에서 데이터의 타이밍과 잔차 지연 위상의 불일치와 비트쉬프트와 잔차 지연 위상의 불일치 문제를 해결하였다. VCS의 잔차 지연 알고리즘의 최종 설계에서는 잔차 지연보정된 값을 FFT segment에 적용할 때 잔차 지연 보정 회전 메모리가 초기화 되지 않는 것을 수정하였다. 제안한 잔치 지연 보정 알고리즘을 이용하여, 교차 전력 스펙트럼의 대역폭 모양이 모든 대역폭에 대해서 손실이 없이 평탄한 것을 확인하였다. 제안한 잔차 지연보정 알고리즘의 유효성을 확인하기 위해 시뮬레이터와 KJJVC를 이용하여 실제 관측데이터를 대상으로 상관처리 시험을 수행하였다. 실험결과를 통하여 제안한 잔차 지연 보정 알고리즘이 KJJVC에 잘 적용되고 있으며, 신호대 잡음비가 약 8% 향상되는 것을 확인하였다. In this paper, the residual delay compensation algorithm is proposed for FX-type KJJVC. In case of initial version as that design algorithm of KJJVC, the integer calculation and the cos/sin table for the phase compensation coefficient were introduced in order to speed up of calculation. The mismatch between data timing and residual delay phase and also between bit-jump and residual delay phase were found and fixed. In final design of KJJVC residual delay compensation algorithm, the initialization problem on the rotation memory of residual delay compensation was found when the residual delay compensated value was applied to FFT-segment, and this problem is also fixed by modifying the FPGA code. Using the proposed residual delay compensation algorithm, the band shape of cross power spectrum becomes flat, which means there is no significant loss over the whole bandwidth. To verify the effectiveness of proposed residual delay compensation algorithm, we conducted the correlation experiments for real observation data using the simulator and KJJVC. We confirmed that the designed residual delay compensation algorithm is well applied in KJJVC, and the signal to noise ratio increases by about 8%.