LHAASO原始数据输入输出系统的研发

论文摘要

粒子物理是研究微观世界中物质的基本结构和基本相互作用的一门科学。目前,我国有很多大型粒子实验项目处于建设中,相应的离线软件系统也在研发中。高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是我国在宇宙线研究领域的一个重大基础科学研究项目。位于中国四川海子山,海拔4.410米,于2017年开始建设,预计将于2021年完成搭建。LHAASO实验采用多种探测手段,由三个探测器阵列组成,分别为地面簇射粒子阵列(KRM2A)、水切伦科夫探测器阵列(WCDA)和广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)。LHAASO实验的主要物理目标是精确测量300 GeV到20 PeV的伽马射线能谱,探索高能宇宙线的起源。LHAASO实验具有最高灵敏度的超高能伽马射线探测、最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测和最宽广的宇宙线能量测量范围。这得益于LHAASO实验的复合型探测器阵列,而高性能的探测器需要一套完善的离线数据处理软件系统配合才能充分发挥作用。离线数据处理软件系统基于离线计算环境完成在线获取的实验数据和模拟数据的处理、分析和管理。LHAASO的离线数据处理软件框架(LodeStar)处于设计和开发阶段,为LHAASO实验提供了一个统一的软件基础平台,在这个软件基础平台上开发离线软件,如原始数据处理、数据刻度、模拟、重建和物理数据分析工具,其中数据模型和数据的输入输出服务是所有离线软件共同使用的功能。目前,LodeStar已提供了 ROOT输入输出系统,实现了暂态和持久态数据模型对象的相互转换,输入服务将持久态数据从ROOT文件读入内存并创建数据模型对象,而输出服务将暂态数据模型对象写入ROOT文件中。而对于在线数据获取系统(DAQ)产生的原始数据文件,需要提供原始数据输入输出服务,并将其与ROOT输入输出服务进行整合。原始数据处理是离线数据处理的第一环节,为后面的离线刻度、重建和物理分析提供输入,在整个数据处理流程中起着很重要的作用。因此,原始数据输入输出系统的开发极为重要。本论文研究的主要内容是基于LodeStar开发一个输入和输出原始数据的通用系统,该系统提供处理原始数据的数据转换服务,供用户程序或其它软件模块使用。原始数据转换服务隐藏原始数据格式的复杂结构,使用户程序能够通过统一的接口获取事例信息,大大简化了原始数据的访问过程。其中数据转换服务提供了多种数据解码方式,根据用户需求可调用任何一种解码方式,使该系统可以灵活地通用于LHAASO多个探测器阵列中,也可以为其它高能物理实验的原始数据处理提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 宇宙线能谱
•   1.2 宇宙线的研究现状
•     1.2.1 宇宙线的起源
•     1.2.2 宇宙线的加速机制
•     1.2.3 宇宙线的传播过程
•   1.3 宇宙线的测量
•   1.4 论文结构
• 第二章 LHAASO实验
•   2.1 物理目标
•   2.2 探测器设计
•     2.2.1 地面簇射粒子阵列（KM2A）
•       2.2.1.1 电磁粒子探测器（ED）
•       2.2.1.2 缪子探测器（MD）
•     2.2.2 水切伦科夫探测器阵列（WCDA）
•     2.2.3 广角切伦科夫望远镜阵列（WFCTA）
•   2.3 本章小结
• 第三章 LHAASO离线数据处理软件框架
•   3.1 LodeStar的软件工具
•     3.1.1 操作系统
•     3.1.2 开发语言
•     3.1.3 编译器
•     3.1.4 软件管理工具
•     3.1.5 软件版本控制工具
•   3.2 LodeStar的设计
•     3.2.1 SNiPER项目
•     3.2.2 Offine项目
•       3.2.2.1 数据处理软件
•       3.2.2.2 公共服务工具
•     3.2.3 External Libraries项目
•   3.3 本章小结
• 第四章 原始数据输入输出系统
•   4.1 原始数据简介
•     4.1.1 DAQ数据包格式
•     4.1.2 事例数据格式
• ED数据单元'>      4.1.2.1 KM2A_ED数据单元
• MD数据单元'>      4.1.2.2 KM2A_MD数据单元
•   4.2 原始数据模型
•     4.2.1 LHAASO的数据模型
•     4.2.2 原始数据模型
•   4.3 原始数据输入系统
•     4.3.1 设计
•     4.3.2 实现
•       4.3.2.1 文件输入服务
•       4.3.2.2 数据转换服务
•       4.3.2.3 数据单元解码
•     4.3.3 配置
•     4.3.4 升级
•   4.4 原始数据输出系统
•     4.4.1 配置
•   4.5 系统运行方式
•   4.6 系统测试
•     4.6.1 功能测试
•       4.6.1.1 ED模型数据测试
•       4.6.1.2 KM2A原始数据测试
•     4.6.2 性能测试
•   4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王豪豪

导师: 黄性涛

关键词: 原始数据,输入输出,离线软件,数据模型,实验

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 山东大学

分类号: O572;TP311.52

总页数: 70

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