A STUDY ON THE RELIABILITY OF THE DAEJEON HARDWARE CORRELATOR FOR THE KVN OBSERVATION MODES

오세진,노덕규,염재환,오충식,이상성,정동규,김효령,정현수 한국천문학회 2016 天文學論叢 Vol.31 No.2

This paper presents the results of test observations toward a point source, 4C39.25, for observation modes with various bandwidths and numbers of IF streams in order to examine a reliability of the Daejeon hardware correlator performance for correlating VLBI (Very Long Baseline Interferometry) data obtained with the several observation modes of the KVN (Korean VLBI Network). We used a DiFX software correlator (DiFX) as a reference, for investigating the output visibilities from the Daejeon corelator. It is found that the band shapes of the output visibilities from two correlators are similar to each other and the correlated flux density for each baseline obtained from the Daejeon hardware correlator is lower by 3 - 7% than that from the DiFX. The flux difference is attributed to the limitation of FPGA resources and the difference of fringe rotation algorithm of the Daejeon hardware correlator. The conversion factor, 0.93 ~ 0.97, is proposed for future correlation with the Daejeon hardware correlator.

대전상관기의 상관결과 고속저장을 위한 데이터아카이브 시스템의 성능시험

노덕규,오세진,염재환,오충식,윤영주,정진승,정동규,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Yun, Young-Joo,Jung, Jin-Seung,Jung, Dong-Kyu 한국융합신호처리학회 2014 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.15 No.2

본 논문에서는 대전상관기의 상관결과를 고속으로 저장하기 위한 데이터아카이브 시스템의 성능시험에 대해 기술한다. 대전상관기는 다양한 관측모드를 지원하고 있는데, 이 관측모드 중에서 적분시간에 따라 상관기로부터 출력되는 상관결과의 속도에 영향을 받는다. 대전상관기의 상관결과를 가장 빠른 속도로 출력하는 것은 최대 1.4GB/s를 출력하며, C1 관측모드일 경우 25.6ms의 상관적분인 경우이다. 본 연구에서는 대전상관기의 핵심부분인 VLBI상관서브시스템(VLBI Correlation Subsystem)과 4개의 광케이블로 연결되어 상관결과를 저장하는 데이터아카이브 시스템의 성능시험을 수행하였다. 데이터아카이브 시스템은 본 연구를 위해 2개 회사의 제품을 선정하여 벤치마크테스트(Benchmark Test)를 진행하였다. 본 논문에서는 벤치마크테스트를 위해 개발한 VCS의 상관출력 파일 생성 프로그램과 시험결과에 대해 기술한다. In this paper, we introduce the performance evaluation of data archive system for saving correlation result of Daejeon correlator with high-data rate. Daejeon correlator supports various correlation modes, but the speed of correlation result is affected by correlator according to the integration time in each mode. Maximum data rate of Daejeon correlator is 1.4GB/s in case of C1 mode with 25.6ms integration time. In this research, the performance evaluation of the proposed data archive system is conducted for saving correlation results connected with 4 10GbE optical cable with VCS (VLBI Correlation Subsystem), which is the core system of Daejeon correlator. For the experiments, the data archive system for 2 benders was selected and benchmark test was performed. In this paper, the developed data generation program of VCS correlation result file for benchmark test and evaluation results are described.

대전상관기의 다중편파 관측데이터 상관처리 방법에 관한 연구

오세진,염재환,노덕규,정동규,황주연,오충식,김효령 한국융합신호처리학회 2018 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.19 No.2

In this paper, we describe the correlation processing method of multi-polarization observation data of the Daejeon Correlator. VLBI observations include single or multiple polarized observations depending on the type of object. Polarization observations are performed to observe the characteristics of the object. During the observations of the celestial object, polarization measurements are also performed to determine the delay values ​​and causes of changes in the object. Correlation processing of polarization observation data of the Daejeon correlator is proposed by OCTAVIA of a synchronous reproduction processing apparatus that outputs data input to each antenna unit by using an output bit selection function to convert bits and the order of the data streams is changed , And the input of the Daejeon correlator is configured to perform the polarization correlation processing by conducting correlation processing by setting the existing stream number to be the same. Correlation processing is conducted on the test data observed for the polarization correlation processing and it is verified through experiments that the polarization correlation processing method of the proposed Daejeon correlator is effective. 본 논문에서는 대전상관기의 다중 편파 관측데이터의 상관처리 방법에 대해 기술한다. VLBI 관측에는 천체의 종류에 따라 단일 또는 다중 편파 관측이 있는데, 천체의 특성을 잘 관찰하기 위해 편파관측을 수행한다. 그리고 천체를 관측하는 동안 관측장치에 포함된 지연값과 천체의 변동원인을 확인하기 위해서도 편파관측을 수행한다. 대전상관기의 편파관측 데이터의 상관처리는 각 안테나 유닛에 입력되는 데이터를 출력하는 동기재생처리장치의 OCTAVIA에서 출력비트 선택 기능을 활용하여 비트를 변환하고, 이때 데이터 스트림(Stream)의 순서가 변경되며, 대전상관기의 입력은 기존의 스트림 번호는 동일하게 설정하여 상관처리를 수행하면 편파상관처리를 할 수 있는 구성을 제안하였다. 편파상관처리를 위해 관측한 시험데이터를 대상으로 상관처리를 수행하였으며, 본 연구에서 제안한 대전상관기의 편파상관처리 방법이 유효하게 동작하고 있음을 실험을 통하여 확인하였다.

유효 비트수 확장을 이용한 대전상관기의 상관 정밀도 개선에 관한 연구

염재환,노덕규,오세진,오충식,정진승,정동규,윤영주,김용현,황철준,Yeom, Jae-Hwan,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Yun, Young-Joo,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi,Kim, Yong-Hyun,Hwang, Cheol-Jun 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.4

본 논문에서는 대전상관기의 상관결과 정밀도 향상을 위해 FFT 모듈의 유효비트 확장에 관해 고찰한다. FPGA를 기반으로 하는 대전상관기는 데이터처리의 고속화를 위해 FFT 연산을 고정소수점으로 구현하였다. 그러나 상관결과에서 연산비트의 부족으로 인해 대역폭의 낮은 주파수 영역에서 위상의 0도 집중현상이 발생하고 있다. 이 현상은 관측천체를 분석할 때 위상 집중현상을 제외시키기 때문에 데이터 손실과 같은 효과를 주어 상관결과의 정밀도에 영향을 주고 있다. 따라서 상관결과의 정밀도 향상을 위해 FPGA의 주어진 리소스 범위 내에서 기존 FFT 모듈의 16비트 연산보다 비트수를 확장할 수 있는지에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통하여 사용한 FPGA 리소스 범위 내에서 FFT 모듈의 유효비트 수는 확장할 수 있으며, FFT 모듈의 20-bit 연산비트가 실험결과의 비교를 통하여 상관결과의 정밀도를 향상시키는데 유효한 것으로 확인되었다. In this paper, we propose the effective bit expansion of FFT module for improving the accuracy of correlation result of the Daejeon correlator. The Daejeon correlator based on FPGA was implemented in order to fast data processing with the fixed-point of FFT operation. In correlation result, however, the phenomenon of phase concentration to 0 degree was appeared in lower frequency area of bandwidth due to lack of operational bit. This phenomenon has an affect on the accuracy of correlation result by introducing the effect of data loss because of excluding phase concentration during analysis of observed radio source. In order to improving the accuracy of correlation result we carried out the simulation by expanding bit-number than 16-bit operation of previous FFT module within given resource limits of FPGA. Through the simulation results, the effective bit number for FFT module within used FPGA resource limits is able to expand, and we confirmed that the operational 20-bit of FFT module is effective for improving accuracy of correlation result by comparing with experimental result.

대전 상관기의 전처리를 위한 광역 프린지 탐색 소프트웨어 개발 및 시험

오세진,노덕규,윤영주,염재환,오충식,쿠라야마 토모하루,정동규,정진승,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yun, Young-Joo,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Kurayama, Tomoharu,Chung, Dong-Kyu,Jung, Jin-Seung 한국융합신호처리학회 2014 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.15 No.4

본 논문에서는 대전상관기의 전처리를 위한 광역 프린지 탐색 소프트웨어 개발에 대해 기술한다. VLBI 관측의 경우 전파망원경에 의해 천체를 잘 관측하였는지 확인하기 위해 관측자는 관측일정에서 잘 알려져 있는 전파세기가 강하고 밝은 천체(포인터 소스, 참조천체)를 목적천체와 함께 관측을 수행한다. 상관기는 참조천체를 대상으로 상관 프린지가 잘 검출되는지 확인하는 전처리를 수행한다. 본 논문에서는 특정 관측국을 기준으로 각 관측국 사이의 정확한 지연시각을 계산하는 GFS 소프트웨어를 개발하였는데, 이 소프트웨어는 상관 전처리를 통하여 각 관측국에 위치한 수소원자시계와 GPS 시각 사이의 시각오차 정보 및 참조천체의 지연모델(상관모델)을 이용하여 정확한 지연시각을 계산한다. 개발한 소프트웨어의 성능을 확인하기 위한 상관 전처리 시험을 KaVA 관측망으로 관측한 참조천체와 목적천체에 대해 수행하였다. 시험결과는 GFS 소프트웨어로 찾은 지연시각 오차를 보정한 결과와 그렇지 않은 것의 비교에 따라 매우 좋은 성능을 보여 효과적임을 나타내었다. This paper introduces the development of global fringe search (GFS) software for preprocessing of Daejeon Correlator. In case of the VLBI observation, a observer conducts the observation for the reference sources with strong and point-like radio stars on schedule in order to confirm the well-observedness of the radio source by the radio telescope. The correlator performs the correlation for the reference sources to detect the fringe completely. We developed the GFS software by calculating the precise delay time between each observatory based on specific observatory. Then, this software calculates the precise delay time by using the delay model (correlator model) of reference source and information of time offset between the Hydrogen Maser frequency standard and GPS (Global Positioning System) clock located in each observatory through the correlation preprocessing. In order to confirm the performance of the developed software, experiments were carried out for the reference sources and target sources observed by the KaVA (KVN and VERA Array). Experimental results show that the GFS software has effectively good performance by finding the precise delay time offset according to the comparison between the compensated delay time offset and one without compensation.

VLBI 관측데이터 초고속 전송을 위한 VSI 광변환 송수신 장치의 설계 및 개발

Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yeom, Jae-Hwan,Jung, Jin-Seung,Jung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi,Harada, Keniichi 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.4

본 논문에서는 VLBI 관측데이터를 광신호로 변환하여 전송할 수 있는 광변환 송수신 장치의 설계 개발과 성능시험에 대해 기술한다. 대전상관기에서 고속재생기(Mark5B, VERA2000)와 동기재생처리장치(RVDB) 사이, RVDB와 VLBI상관서브시스템(VCS) 사이에는 80라인의 구리선으로 구성된 VSI 케이블이 사용되고 있는데, 관측데이터를 LVDS 신호로 전송하며 유효길이는 최대 5m이다. 대전상관기는 16관측국의 자료처리를 수행할 예정이며, 향후 14대의 RVDB 시스템이 도입될 예정이다. 그리고 VSI 케이블의 연결단자의 접속 오류로 인해 데이터 손실도 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 VSI 케이블의 접촉오류로 인한 데이터 손실, RVDB와 VCS 사이의 공간 활용과 시스템의 증설계획, 그리고 장거리 데이터 전송(e-VLBI) 등을 고려하여 VLBI 관측데이터를 광신호로 변환하여 데이터를 효율적으로 송수신할 수 있는 장치를 개발하였다. 본 논문에서는 개발한 광변환 송수신 장치의 성능을 확인하기 위해 고속재생기와 RVDB 사이의 데이터 전송시험을 수행하였으며, 시험결과에서 데이터의 손실 없이 전송되는 것을 확인하였다. This paper describes the design and development of VSI (VLBI standard interface) optical adapter for transmitting VLBI(Very long baseline interferometry) observation data with optical signal. VSI cable comprised of 80-line is being used for observed data transmission with maximum length of 5-meter between playbacks (Mark5B, VERA2000) and raw VLBI data buffer (RVDB), RVDB and VLBI correlation subsystem (VCS) in Daejeon correlator. It has a plan to conduct the data processing for 16-stations and introduce the 14 RVDB systems in near future. And data loss frequently occurred because of trouble of VSI cable MDR80 connector. By considering the data loss by connector error of VSI cable, RVDB system extension plan, effective space usage and long distance data transmission(e-VLBI), the VSI optical adapter was proposed and developed for effectively transmitting and receiving VLBI data through optical signal. In order to confirming the performance of developed VSI optical adapter, the experiments for data transmission was conducted between playback and RVDB system, and confirmed that data transmission was clearly done without any data loss.

VLBI 관측 데이터의 전송 알고리즘 개발과 서버와 RVDB 사이의 전송 시험

염재환,오세진,노덕규,정동규,오충식,윤영주,김효령,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Jung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Yun, Youngjoo,Kim, Hyo-Ryoung 한국융합신호처리학회 2014 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.15 No.4

본 논문에서는 전파천문학에서 초고속 전송망을 위한 관측 데이터의 전송 알고리즘의 개발에 대해 기술한다. 전파망원경으로 관측한 VLBI 데이터 처리를 위한 전처리 과정으로, 데이터 전송 알고리즘은 대용량 스토리지 서버에 저장된 VLBI 데이터를 대전상관기의 동기재생처리장치(RVDB)에 1대 1 방식으로 동작하며 VDIF 규격과 VDIFCP, UDP 프로토콜을 사용한다. 제안방법은 대전상관기의 동기재생처리장치의 데이터 전송을 기다리고 있으면 대용량 스토리지 서버의 Mark5B VSI 규격으로 저장된 2048 Mbps 급 VLBI 관측 데이터를 읽은 후 UDP로 전송하는 방식이다. 제안방법의 유효성을 확인하기 위해 대용량 스토리지 서버와 RVDB OCTADDB 사이에 실제 VLBI 관측 데이터를 전송하고 전송 전후의 데이터에 대해 상관처리 시험을 수행한 후 결과를 비교하였으며, 데이터 전송손실이 없이 전송 전후의 결과가 동일함을 확인하였다. 향후 본 연구에서 개발한 데이터 전송 알고리즘은 KaVA 네트워크에서 e-VLBI로도 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대한다. This paper describes the development of the observational data transmission algorithm for high-speed network in radio astronomy. For the preprocessing of VLBI data observed by radio telescope, data transmission algorithm uses the VDIF specification, VDIFCP, and UDP protocol by transferring VLBI data stored in a massive storage server with one-to-one correspondence between the server and the RVDB of Daejeon correlator. A transmission method is proposed, which reads the recorded data in Mark5B VSI format and trnasmits 2048 Mbps VLBI data by software through UDP packet transmission, while RVDB system is waiting for the transmitting data from the server. In order to check the effectiveness of the proposed method, the data transmission between the massive storage server and RVDB is conducted and the transmitted data is correlated by Daejeon correlator for the accurate comparison concerning the data before and after. The transmitted data is shown to be completely the same as the original data without any data transmission loss. Henceforth, the developed data transmission algorithm in this research is expected to be applied effectively as e-VLBI for KaVA network.

대전 상관기의 상관 결과에 나타난 유사 DC 성분과 위상 집중 현상에 대한 원인 분석과 해결 방법

노덕규,오세진,염재환,오충식,정진승,정동규,윤영주,오야마 토모아키,오제키 켄스케,오누키 히로푸미,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Jung, Jin-Seung,Chung, Dong-Kyu,Yun, Young-Joo,Oyama, Tomoaki,Ozeki, Kensuke,Onuki, Hirofumi 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.3

In this paper, we investigated the correlation outputs of Daejeon correlator at the viewpoints of the buffer memory setting related to the fine delay tracking and the under/overflow issue in FFT modules, in order to eliminate DC-like component and phase concentration to 0 degree. As the ring buffer memory is being used for the fine delay tracking, the DC-like component in correlation outputs is generated by improper setting of data read/write address, and then that address setting method is modified to exclude a polluted FFT segment in correlation processing when crossing the port/stream boundary. The phase concentration to 0 degree at beginning of bandpass is caused by inadequate scaling factors, which may be the origins of under/overflow occurred at internal computation of FFT stage. With the revised method of the ring buffer memory setting and the scaling factors in FFT, we could obtain higher signal-to-noise ratio and flux density, compared to the previous method, through the correlation processing of true observational data. 본 논문에서는 대전상관기의 상관결과에 나타난 유사 DC 성분과 위상의 0도 집중현상을 해결하기 위해 정교한 지연추적을 담당하는 메모리설정과 FFT 계산모듈의 under/overflow 문제를 살펴보는 실험결과를 고찰하였다. 상관기의 정교한 지연추적에는 링버퍼 메모리가 사용되고 있는데, 이 메모리의 데이터 읽기/쓰기 주소의 부적절한 설정으로 인해 상관출력에서 강한 유사 DC 성분이 생성되는 것을 확인하였으며, 포트/스트림이 변경될 때의 1 세그먼트 데이터를 상관처리에 사용하지 않도록 메모리 설정을 수정하였다. 그리고 상관결과에서 대역폭 시작채널의 위상이 0도에 집중되는 현상은 FFT 모듈의 스케일링 값이 적절하지 않았을 때 발생하는 under/overflow의 효과임을 시험을 통해 확인하였으며, 이 문제의 개선방법에 대해 논하였다. 정교한 지연추적의 메모리 설정을 수정하고 적절한 값의 FFT 스케일링 값을 사용하여, 실제 전파천문 관측데이터에 대하여 상관처리 시험을 수행한 결과, 이전보다 개선된 신호대잡음비(SNR)와 향상된 전파세기를 얻을 수 있었다.

대전상관기에서 복층패턴 문제의 해결에 관한 연구

오세진,노덕규,염재환,정동규,오충식,황주연,Oh, Se-Jin,Roh, Duk-Gyoo,Yeom, Jae-Hwan,Chung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Hwang, Ju-Yeon 한국융합신호처리학회 2015 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.16 No.4

본 논문에서는 한일상관센터에서 운영하고 있는 대전상관기의 복층패턴에 대한 원인과 문제 해결에 대해 기술한다. 대전상관기의 상관결과에서 입력신호의 전력파워가 잡음에 묻힐 정도로 작은 경우에는 잘 보이지 않지만, 전력파워가 큰 경우 입력신호에 특정한 패턴을 가진 신호가 출현하는 문제가 보고되었다. 이는 관측데이터의 상관결과와 소프트웨어 상관기와 비교하여 AIPS 소프트웨어에서 분석할 때 관측결과의 천체신호 진폭이득에는 3% 정도의 영향을 미치고 있음이 확인되었다. 따라서 복층패턴의 문제를 해결하기 위해 주기적으로 발견되는 복층패턴의 원인으로 상관기의 데이터 입력과 직렬화를 담당하는 모듈에서 메모리 관리 영역에 문제가 있음을 발견하였다. 즉, 직렬화 모듈에서 데이터를 직렬화할 때 할당된 각 메모리 영역의 데이터가 반복적으로 읽혀져 직렬화되면서 중복된 데이터가 마지막으로 할당된 메모리의 데이터와 중첩이 되면서 발생하는 것이다. 따라서 직렬화 모듈의 메모리 관련 영역의 FPGA 프로그램을 수정하여 문제를 해결하여, 정상적인 상관결과가 출력되는 것을 확인하였다. This paper describes the reason and the problem solving for the double-layer pattern of a Daejeon correlator operated in Korea-Japan Correlation Center. When the electric power of an input signal in the correlator is charged small enough to be buried in the noise, it is hard to see a signal with a specific pattern in the input signal, but when the electric power is large, a specific one is reported to be seen. By comparing data from observation with one from software correlator, it was confirmed from the analysis using the AIPS software that the amplitude gain of a source signal was affected about 3%. Therefore, in order to solve the problem of double-layer patterns, we found that a problem in the memory management module responsible for both the data input and the data serialization of the correlator is a cause for the double-layer pattern detected periodically. In other words, while data is serialized and read repeatedly in the memory area assigned to serialize the data from the serialization module, redundant last data is generated and an overlap for the memory allocation is occurred. Therefore, by modifying the program of the FPGA memory sections on serialization module to correct the problem, we confirmed that double-layer pattern is disappeared and correlation results are normally acquired.

상관결과 분석을 위한 파일 시스템 설계 및 소프트웨어 개발

오세진,칸야 유키토시,노덕규,염재환,오충식,윤영주,정진승,정동규,Oh, Se-Jin,Kan-ya, Yukitoshi,Roh, Duk-Gyoo,Yeom, Jae-Hwan,Oh, Chung-Sik,Yun, Young-Joo,Jung, Jin-Seung,Jung, Dong-Kyu 한국융합신호처리학회 2013 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.14 No.3

본 논문은 대전상관기로부터 출력되는 상관결과 파일을 데이터 분석에 활용할 수 있는 파일 시스템의 설계와 이와 관련된 소프트웨어 개발에 대해 기술한다. 상관결과는 천체의 가시도(visibility) 성분(진폭과 위상)이 나열된 구조이지만, 상관결과의 과학적 분석을 위해서는 천체를 관측할 때의 기상정보, 전파망원경 위치, 관측시간, 천체의 위치, 천체 의 종류, 수신기 잡음온도 등의 여러 가지 정보가 필요하다. 데이터 분석을 위한 리눅스 시스템에서 이러한 정보들에 대해 디렉터리 구조의 파일 시스템을 설계하고 이 파일 시스템을 생성하는 소프트웨어를 개발하였다. 본 논문에서는 설계한 파일 시스템의 유효성을 확인하기 위해 상관처리 결과에 대해 파일 시스템 생성 시험을 수행하였으며, 천문학자들이 데이터 분석을 통하여 과학적 분석을 수행하는데 문제가 없음을 확인하였다. In this paper, we designed file system in order to utilize data analysis by using correlation result from Daejeon correlator including related software development. Correlation results are consisted of visibility component (amplitude and phase) of radio source, but for data analysis of correlation result, various information such as weather, radio telescope position, observation time, radio source position, source type, and receiver noise temperature are needed. In this paper, we designed file system as a directory-structure for making use of these informations at Linux system for analyzing data and developed software to make file system. To verify the effectiveness of designed file system and developed software, file system generation experiment is conducted, and then astronomers accepted that there is no severe problem for scientific analysis using designed file system.