新疆天文台NSRT脉冲星数据档案

摘要

我们的16分钟的典型积分时间脉冲星观测系统的灵敏度达到0.4 MJY后我们已经在2002年关于脉冲星280在新疆天文台（XAO）升级南山25米射电望远镜（NSRT）的接收器的冷却系统是升级后观察。南山站脉冲星数据被发送到经由300MB / s的专用数据链路在XAO总部的数据中心为长期储存，并且远程备份南山站和XAO总部之间同步数据传输来实现。元数据提取，归档，并释放由分别位于XAO总部的数据发布服务器完成。目前，在PSRFITS格式超过84000个脉冲星观测数据文件已经发布了1GB的最大文件大小。XAO脉冲星数据在线服务提供锥的搜索和多目标约束查询。我们基于虚拟天文台（VO）标准公布我们的数据。在线脉冲星数据服务被注册在国际虚拟天文台联盟的注册。用户可以通过常见的VO工具访问数据。

1.介绍

脉冲星[1]是一种高度磁化旋转的中子星发射电磁辐射束。这是大质量恒星演化的产物，具有体积小，密度大，高速旋转，和强磁场的特性。脉冲星观测研究有助于揭示宇宙的诞生和演化之谜，具有促进天体物理，粒子物理，和航天器导航的发展非常重要的科学意义。一直以来，在天文学和天体物理学领域的热点。脉冲星观测和理论研究都取得了飞速进步后乔斯林·贝尔在1967年发现了第一个无线电脉冲星[2]。截至2018年10月，已确认的脉冲星有2658颗(http://www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat/)。

南山25米射电望远镜[3)(纬度43°28′47岁^“N，经度87°10'42^“E)在2014年有一次大的升级，之后天线直径现在是26米。NSRT是我国VLBI网络的重要组成部分。自2010年1月以来，开展了定期脉冲星定时观测。NSRT的赤纬范围在- 40°到90°之间，成为监测脉冲星定时行为的重要基础。如何存储、归档和释放日益增长的脉冲星数据，是脉冲星系统运行和探索数据科学价值的重要问题。

由帕克斯射电望远镜脉冲星拍摄数据（https://www.parkes.atnf.csiro.au/）（帕克斯）早在上世纪90年代初在CSIRO的数据访问门户网站（DAP）（存档于长期储存https://data.csiro.au/dap/），在CSIRO的数据中心，澳大利亚堪培拉。CSIRO的DAP允许查询和通过任何用户的数据脉冲星的下载;然而，一些数据都受到禁运的时期。在这种情况下，一个科学小组的成员可以登录他们的账户在禁运期间访问他们的数据。帕克斯脉冲星数据存档[4]可使用虚拟天文台(VO)服务进行可视化和操作。NSRT脉冲星数据检索服务提供了与Parkes类似的功能。

2.脉冲星观测系统

脉冲星消色散观测系统成立于1999年底，由L波段双通道室温接收机、下变频器、多通道滤波器组和数字化仪组成。该接收机的中心频率为1540 MHz，带宽为320 MHz，通过一个2x128x2.5 MHz的多路模拟滤波器组实现去频散。来自过滤器库的模拟信号被1位数字化。采样后，每个通道的原始数据在明显的脉冲星周期折叠，形成60秒的次积分，并以“定时器”格式存储[五]。观察是通过1-S脉冲开始和开始时间被利用从观测H-微波激射器得到的5-S脉冲检查。的GPS时间传输系统被用来对准UTC天文台时钟。自2000年1月和74个强脉冲星[该脉冲星计时程序启动6]，通量密度大于4mJy。

2002年7月，用L波段双极化低温接收机进行脉冲星观测。接收机噪声温度小于10k，系统噪声温度分别达到20k和22k，观测灵敏度达到0.4 mJy [7]，积分时间为16分钟。这种灵敏度使NSRT能够观测到大约280颗脉冲星。

在2010年1月，该数字滤波器（DFB）系统[8]，这是由澳大利亚望远镜国家设施（ATNF）（开发https://www.atnf.csiro.au/），被委任并投入运行。它具有较高的时间分辨率，这使得它检测10个毫秒脉冲星。所述观察系统具有在饲料中的校准探头和接收正交线性偏振。脉冲噪声源用于注入其中采用校准通量和脉冲星的偏振的直线偏振光的校准信号。绝对定时由外围组件互连（PCI）基于澳大利亚望远镜分布式时钟（ATDC）提供。在ATDC接受一个5MHz的微波激射器的信号，其提供对于所有的DFB定时的基频基准。的1PPS信号，这是从5MHz的输入产生的，用于确定的绝对时间。对于每个观测，从PSRCAT星历（http://www.atnf.csiro.au/people/pulsar/psrcat/)在线折叠积分时间为30 s的信号，总积分时间为4 - 16分钟，周期约为10天。DFB数据格式是PSRFITS(一种为脉冲星数据存储定制的文件格式，基于FITS格式)和PSRCHIVE [9]软件用于分析离线数据，包括RFI缓解，脱分散体，折叠，和星历更新。

3.脉冲星数据管理系统的总体设计

NSRT脉冲星数据管理系统的总体设计如图所示1。设计分为三个层次，其中第0层是负责脉冲星观测数据采集和在线归档，一级管理原始观测数据的远程备份和元数据提取，和2个手柄的脉冲星数据的发布与查询服务。

0层。NSRT数据采集和在线归档是在南山站完成。第0层包括望远镜，接收机，数字后端，数据临时存储和存档。脉冲星数据记录和预处理的望远镜接收系统内完全发生。数据捕获程序将执行数据预处理，去分散，脉冲周期计算，期间折叠，数据存储，观测轮廓查询，图形输出，天线姿态控制等实时地进行。在观察的典型取样速率为1毫秒，每个观察时通过在观测频带脉冲星的流强度来确定;通常观察从4分钟〜16分钟持续。所有数据都将进行预处理并写入临时存储服务器和有效性检查后长期存档。

1级。脉冲星观测数据通过300Mpbs专线同步于南山站存储系统和XAO总部。目前,rsync (https://rsync.samba.org/)用于从南山站到XAO总部的增量备份。从脉冲星数据中提取元数据信息后，将所有元数据导入相应的数据库，为数据发布做准备。数据存储服务器、Taurus高性能计算系统和数据发布服务器使用一个通用的NFS服务器来实现数据传输。数据库数据有XAO总部和南山站备份。用户可以登录金牛座分析系统下载和处理数据。56 Gbps的InfiniBand交换机连接金牛座高性能计算中心和XAO总部的长期档案馆。用户处理的所有数据都可以根据需要进行存档和发布。

层2。XAO使用GAVO的DaCHS [10]服务器作为主数据释放框架实现元数据操作和基于VO标准数据释放。用户被允许访问在线数据通过Web浏览器检索平台，标准VO工具，各种脚本等。目前，数据发布系统支持锥搜索和基于源名multiconstraint目标检索，观察日，观察ID等。用户可以自定义数据输出，输出字段，排序和其它内容的量有限。目前，脉冲星数据检索服务支持HTML（数据在Web浏览器返回的，你可以从一个输入字段中，选择您的输出附加列弹出下来的时候，你在它的鼠标），可投票（https://wiki.ivoa.net/twiki/bin/view/IVOA/IvoaVOTable) (data is returned in IVOA’s standard data format, the VOTable), FITS Table (the data is in the first extension; this contains much less meta information than a VOTable of the same data and thus should only be used if your backend tools do not understand VOTables), CSV (Comma Separated Values: this format carries almost no metadata as well, but it is understood by many database programs, spreadsheets, etc.), tar (users can download all matching items in a tar file), and other data output formats.

4.XAO数据中心和脉冲星数据检索

该XAO数据归档门户是XAO数据产品和主界面科学用户社区的主存储库。在XAO数据中心（网址：http://data.xao.ac.cn)，界面如图所示2。目前，一些服务，如ADQL（https://wiki.ivoa.net/internal/IVOA/ADQL/WD-ADQL-2.1-20171129.pdf)查询，PPMXL [11数据中心发布了目录锥搜索、XAO DC自定义上传交叉匹配、XAO脉冲星数据查询等功能。发布的数据资源包括脉冲星数据、活动星系核数据和分子线数据。

4.1。网络检索

XAO脉冲星数据查询页面的链接http://data.xao.ac.cn/pul/pulsar/q/form。用户也可以通过数据中心的“XAO脉冲星数据查询”链接打开页面。检索页面的屏幕截图如图所示3。目前，84078条记录脉冲星数据已存档1GB的最大文件大小。数据格式是主要PSRFITS，并且可以通过PSRCHIVE完成后续数据处理。

查询界面:

（1）“的位置/名称”：“位置/名称”：它主要是用于输入坐标，赤经和脉冲星的赤纬信息，或SIMBAD可解析的对象的位置信息，例如，RA〜278.4，十二月〜-3.6，M31等

(2)“搜索半径”:搜索半径根据“位置/名称”中的信息定义数据检索范围，如SR ~ 6;搜索半径的单位是arcminutes。

（3）“目标对象”：“目标对象”：它可以让用户直接选择或在输入表格中输入脉冲星的名称，例如，目标对象〜J2157 + 4017，或〜j2157 ，(四)其他有关资料;~符号表示包含和符号代表所有的字符。目标对象中的_R表示校准文件。

(4)“Date_obs”:观测时间。输入“> year-month-day”，即在某一年的某一天之后查询数据。例如，“<2018-09-20”表示选择的值早于2018年9月20日;“year-month-day +/- num”表示选择year-month-day周围的天数。例如，“2018-09-20 +/- 3”表示选择2018年9月17日至2018年9月23日的6天。

(5)“观测频率”:观测频率是影响脉冲星观测的重要因素，对脉冲星的色散效应、散射效应和频谱有一定的影响，可以根据实际需要进行填充;值类型是numeric。

（6）“输出格式”：“输出格式”包括HTML（默认），文本（固定列），焦油，文本（带有选项卡），JSON，可投票，FITS表和CSV。

以J0534+2200为例，在观测频率大于1000MHz、观测带宽大于500mhz、8月以后的Date-obs条件下，获得了569条相关数据 ，2017年;文件名包含“ 。RF”。例如，脉冲星数据在八月 ，2017年，记录时间为2017-08- 140t07:11:59 z，数据命名为“x170814_074136.rf”。搜索结果如图所示4。点击“[预览(pav -DFTp)]”可查看脉冲星脉冲剖面(图)五)。

4.2。签证官工具检索

于是，VO登记处提供了一种机制，通过它VO应用程序可以发现并选择与具体科学问题的资源。该XAO已建成的脉冲星数据服务的注册。

（1）TOPCAT（http://www.star.bris.ac.uk/~mbt/topcat/)。TOPCAT是表格数据的交互式图形编辑器，可方便地进行天文学家分析天文数据。由于使用的VO标准，它可以与其他工具，服务系统和数据集内，外VO工作的顺利开展。它已被广泛应用在星联，AstroGrid，VOTech，AIDA，GAVO，天才，DPAC等项目。

（2）TOPCAT检索。启动TOPCAT，在VO菜单中通过Cone Search搜索关键字“xaovo”，可以找到4个XAO注册服务，包括XAO脉冲星数据查询、PPMXL目录Cone搜索等。如图所示6，本实施例选择XAO脉冲星数据查询服务来自动生成锥URL“http://data.xao.ac.cn/pul/pulsar/q/scs.xml?检索RA~0, Dec~0，半径~90，冗余~3(最大值)。可以检索到47697个相关数据项(图中左侧面板)6)。其中，“J2000”以2000年为纪元(以字母“B”命名，以1950年为纪元)。

4.3。脉冲星数据可视化

通过TOPCAT实现脉冲星检索数据的可视化:打开TOPCAT，在脉冲星检索结果界面中选择“通过SAMP发送”，将数据传输到TOPCAT进行可视化。在本例中，TOPCAT版本4.6-1使用Date-obs: < 2014-02-01和Product key:“~”来可视化29122结果 。RF”（2010年1月后由DFB3系统产生PULSAR数据格式）;如图7，数据在三维银河坐标中用球面图表示。

4.4。脉冲星数据访问

自2016年脉冲星数据发布服务器上线以来，数据访问统计信息如图所示8。图的左侧部分8显示了平均每月大约10,000次访问的访问总数，以及图的右边部分8显示每月访问数据服务器的平均近500台主机的访问主机数量。

5.结论

该XAO数据归档和发布系统是提供给世界各地的研究。数据发布是基于VO的协议。用户可以检索和浏览器通过各种脚本和标准VO工具访问数据。脉冲星数据服务已注册到IVOA。

数据可用性

所有由XAO 25m射电望远镜产生的脉冲星数据已在XAO数据中心发布，文中描述了数据的查询方式。我们数据中心的地址是http://data.xao.ac.cn。天文学家可以很容易地重复我们的研究或查询。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

感谢国家自然科学基金(11873082、U1531125、11803080、11503075)、国家重点基础研究计划、973计划2015CB857100、国家重点基础研究发展计划2018YFA0404704、中国科学院青年创新促进会的支持。研究经费部分由中国财政部预算、中国科学院管理的天文望远镜及设施仪器运行维护升级基金资助。该算法及调试工作已应用于中科院新疆天文台金牛座高性能计算集群。

参考文献

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2. z、观测脉冲星的研究时间和毛刺，中国科学院研究生院，2009年。
3. 张海龙，严正，军等，“新疆天文台NSRT数据存储系统”，天文研究与技术，第15卷，no。2018年第181-187页。视图:谷歌学术搜索
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