RVDB와 대용량 서버 간의 직접 데이터 전송 알고리즘 개발과 시험에 관한 연구

노덕규,오세진,염재환,정동규,오충식,윤영주,김효령,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Jung, Dong-Kyu,Oh, Chung-Sik,Yun, Young-Joo,Kim, Hyo-Ryoung,Ozeki, Kensuke 한국천문학회 2014 天文學論叢 Vol.29 No.3

This paper describes the development of algorithm for direct data transmission between Raw VLBI Data Buffer (RVDB) and Huge Capacity Data Server (HCDS) operated in Korea-Japan Correlation Center (KJCC). The transmitted data is the VLBI observation data, which is recorded at each radio telescope site, and the data transmitting rate is varying from 1 Gbps, in usual case, upto 8 Gbps. The developed algorithm for data transmission enables the direct data transmission between RVDB and HCDS through 10 Gbps optical network using VLBI Data Interchange Format (VDIF). Proposed method adopts the conventional UDP/IP protocol, but in order to prevent the loss of data during data transmission, the packet error monitoring and data re-transmission functions are newly designed. The VDIF specification and VDIFCP (VDIF Control Protocol) are used for the direct data transmission between RVDB and HCDS. To validate the developed algorithm for data transmission, we conducted the data transmission from RVDB to HCDS, and compared to the transmitted data with the original data bit by bit. We confirmed that the transmitted data is identical to the original data without any loss and it has been recovered well even if there were some packet losses.

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.

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.

대덕전파천문대 14m 전파망원경의 특성(1999)

노덕규,정재훈,ROH DUK-GYOO,JUNG JAE HOON 한국천문학회 1999 天文學論叢 Vol.14 No.2

대덕전파천문대 14m전파망원경의 주빔의 크기를 점 전파원인 SiO메이저원 및 금성을 관측하여 결정하였다. 점 전파원 매핑으로 측정하였을 때 주빔의 모양은 방위각 방향으로 일그러진 $63.0"\times59.2"$의 타원형으로 나타났으며 편평도는 1.064로써 비교적 적은 편이었다. 86.2, 98.0, 115.2GHz대역에서 평균적인 주빔의 반치폭(FWHM) $\theta_M$은 각각 $64\pm1",\;57\pm2",\;49\pm2"$이며, 적어도 100 GHz 이하의 대역에서는 빔크기가 주경면의 회절 패턴과 잘 일치하고 있었다. 금성, 목성 및 달의 측정을 통해 대덕전파천문대 14m 전파망원경의 안테나 효율을 다음과 같이 결정하였다. 86GHz, 98GHz, 및 115 GHz 대역에서의 구경효율 ${\eta}A$는 각각 0.37, 0.34, 0.29이고, 빔 효율 ${\eta}B$는 각각 0.49, 0.45, 0.41이며, 전방 넘침 및 산란 효율 ${\eta}fss$는 주파수 의존성이 없이 86∼115 GHz 대역에서 0.63이다. 안테나 온도의 측정오차로부터 파급되는 구경효율, 빔효율, 전방 넘침 및 산란 효율의 추정오차는 각각 $\pm0.025,\;\pm0.030,\;\pm0.004$이다. 최적 초점 위치는 안테나의 자중변형 및 주변은도 변화에 영향을 받으므로 매 관측 시 측정을 통해 결정하여야 한다. 자중, 변형 및 은도 변화에 따른 최적 초점 위치의 변화를 분리하는 모델링을 통해 최적 초점 위치의 자동 보정의 가능성이 있음을 밝혔다. 이때 자중변형의 영향은 $cos^2(EL)$의 함수로 적절히 표현된다. 이 자동 보정이 도입되면, 레이돔내부의 온도가 크게 변화하지 않을 경우 한번의 최적 초점 맞추기로 다른 고도에서도 최적 초점을 유지할 수 있음을 제시하였다. The beam size and the antenna efficiency of TRAO 14m radio telescope were measured at 86.2, 98.0 and 115.2 GHz. The beam size was determined by deconvolving the azimuthal scanning data of the Venus. To test the accuracy of our deconvolution method, the beam size at 86.2 GHz was compared with that determined from the mapping data of SiO maser line and we found no difference between them. With above beam sizes, antenna efficiencies were calculated from the continuum measurements of Venus, Jupiter and Moon. The beam efficiencies at these frequencies are appeared to be 0.49, 0.45 and 0.41, respectively. On the other hand, we also suggest that an automatic focus setting can be adopted for TRAO radio telescope based on the gradual change of best focus with elevation.

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.

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.

관측 데이터의 고속기록을 위한 대용량 저장시스템

오세진,노덕규,김광동,송민규,제도흥,위석오,김태성,OH SE-JIN,ROH DUK-GYOO,KIM KWANG-DONG,SONG MIN-GYU,JE DO-HEUNG,WI SEOG-OH,KIM TAE-SUNG,WHITNEY ALAN R. 한국천문학회 2004 天文學論叢 Vol.19 No.1

In this paper, we introduce the development of the large storage system in order to record the observed space radio signal in the Korean VLBI Network(KVN) with high-speed. The KVN is the Very Long Baseline Interferometery(VLBI) to observe the birth of star, the structure of space by constructing radio telescope with diameter 21m at the Seoul, Ulsan, Jeju from 2001 to 2007 years. To do this, Korea Astronomy Observatory joined the international consortium for developing the high-speed large storage system(Mark 5), which is developed by MIT Haystack observatory. The Mark 5 system based on hard disk has to record up to 1 Gbps the observed space radio signal. The main features of Mark 5 system are as follows; First it is able to directly record the input data to the hard disk without PC1(Peripheral Component Interconnect) internal bus, and the second, it has two hard disk banks, which are able to hot-swap ATA/IDE type very cheap up to 1 Gbps recording and playback. The third is that it follows the international VLBI standard interface hardware(VSI-H). Therefore it can be connect directly the VSI-H type system at the input/output. Finally it also supports e- VLBI(Electronic-VLBI) through the standard Gigabits Ethernet connection.

FPGA를 이용한 전파천문용 디지털 필터 설계에 관한 기본연구

정구영,노덕규,오세진,염재환,강용우,이창훈,정현수,김광동,Jung, Gu-Young,Roh, Duk-Gyoo,Oh, Se-Jin,Yeom, Jae-Hwan,Kang, Yong-Woo,Lee, Chang-Hoon,Chung, Hyun0Soo,Kim, Kwang-Dong 한국융합신호처리학회 2008 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.9 No.1

본 논문에서는 전파천문용으로 사용하기 위한 대칭형 디지털 필터 코어의 설계를 제안한다. 본 논문에서는 Xilinx사의 Virtex-4 SX55 모델의 FPGA칩을 기반으로 한국우주전파관측망(Korean VLBI Network; KVN)의 자료획득시스템에서 요구하는 FIR 필터 코어의 기능을 VHDL 코드로 설계하였다. 본 논문에서 설계한 디지털 필터는 디지털 필터계수를 공유하여 시스템의 효율을 증대시킨 대칭형 구조(Symmetric Structure)를 갖는다. 대칭구조의 디지털 필터(Symmetric FIR Filter Unit; SFFU)는 제한된 시스템 클록을 이용하여 데이터의 처리를 효과적으로 수행하기 위해 병렬처리 방법을 사용한다. 따라서 본 논문에서는 SFFU의 효율적인 설계를 위해 전체적인 IP core의 합성 및 실험에는 통합 합성 소프트웨어 ISE Foundation을 사용하였으며, GUI 환경이 뛰어난 core generator를 활용하였다. 설계한 디지털 필터 코어의 합성 결과, 최대 동작 주파수는 260MHz를 약간 상회하는 수준까지 달성하였으며, 슬라이스, LUT 등의 리소스 사용량은 40% 이하임을 확인하였다 또한 Mentor Graphics사의 Modelsim 6.la 버전을 이용하여 SFFU(Symmetric FIR Filter Unit)의 시뮬레이션을 수행한 결과, 오류 없이 작동하는 것을 확인하였다. SFFU의 기능을 확인하기 위하여 추가적으로 Matlab을 이용하여 의사 신호를 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션과 설계한 디지털 FIR 필터의 비교실험결과에서 FIR 필터의 기능을 수행하고 있음을 확인할 수 있어 본 논문에서 FPGA와 VHDL을 이용하여 설계한 대칭구조의 디지털 FIR 필터의 유효성을 확인할 수 있었다. In this paper, we would like to propose the design of symmetric digital filter core in order to use in the radio astronomy. The function of FIR filter core would be designed by VHDL code required at the Data Acquisition System (DAS) of Korean VLBI Network (KVN) based on the FPGA chip of Vertex-4 SX55 model of Xilinx company. The designed digital filter has the symmetric structure to increase the effectiveness of system by sharing the digital filter coefficient. The SFFU(Symmetric FIR Filter Unit) use the parallel processing method to perform the data processing efficiently by using the constrained system clock. In this paper, therefore, for the effective design of SFFU, the Unified Synthesis software ISE Foundation and Core Generator which has excellent GUI environment were used to overall IP core synthesis and experiments. Through the synthesis results of digital filter core, we verified the resource usage is less than 40% such as Slice LUT and achieved the maximum operation frequency is more than 260MHz. We also confirmed the SFFU would be well operated without error according to the SFFU simulation result using the Modelsim 6.1a of Mentor Graphics Company. To verify the function of SFFU, we carried out the additional simulation experiments using the pseudo signal to the Matlab software. From the comparison experimental results of simulation and the designed digital FIR filter, we confirmed the FIR filter was well performed with filter's basic function. So we verified the effectiveness of the designed FIR digital filter with symmetric structure using FPGA and VHDL.

KVN 자료획득을 위한 디지털 처리 시스템

오세진,노덕규,정현수,한석태,최한규,OH SE-JIN,ROH DUK-GYOO,CHUNG HYUN-SOO,HAN SEOG-TAE,Wajima Kiyoaki,Saso Tetsuo,Kawaguchi Noriyuki,Ozeki Kensuke,CHOI HAN-GYU 한국천문학회 2004 天文學論叢 Vol.19 No.1

This paper describes the digital back-end system for getting the data to analyze the user observation mode by digitalize the analog data after receiving the space radio using the radio telescope, The received analog data will be digitalized by high-speed sampler with 1 Gsps for 4 channel frequency band of millimeter wave, and the digital data will be transported through the fiber-optic digital transmission system and WDM(wavelength division multiplex) to observation building, The wideband digital FIR(Finite Impulse Response) filters analyze the data for user observation mode to record the data in high-speed recorder with 1 Gbps. In this paper, we introduce the overall system configuration and features combined by various information and communication technology in radio astronomy briefly, which will be adopted by KVN(Korean VLBI Network).