大天区望远镜中sCMOS相机的测光精度分析

与传统CCD (Charge Coupled Device)相机相比, s COMS (scientific Complementary Metal Oxide Semiconductor)相机被广泛装备于超大天区巡天设备,与传统CCD相机不同的是sCMOS相机采用卷帘式快门,因此对其进行测光精度的分析工作是很有意义的.首先,将s CMOS相机拍摄的图像与UCAC2 (The Second U.S. Naval Observatory CCD Astrograph Catalog)星表进行匹对,识别图像中的UCAC2标准星.接着对图中的标准星进行测光并提取测光数据进行最小二乘直线拟合,获得了相应的系统转换系数并得到仪器星等至标准星等的转换公式.然后,将转化后的仪器星等和标准星等做差并计算相应的均方根误差.最后,利用计算得到的均方根误差评估sCMOS相机的测光精度,并将标准星按星等划分后,分析了相应的测光误差.计算结果表明在标准测光夜测量亮度亮于14等的星时,测光精度优于0.15 mag.通过实测精度分析可知卷帘快门sCOMS相机具有较高的测光精度,基本满足空间碎片巡天观测的要求.     

SAGE巡天介绍Ⅰ——测光系统和数据处理

SAGE(Stellar Abundance and Galactic Evolution)巡天采用一套对恒星大气参数敏感的独特测光系统,包括uSC,vSAGE,g,r,i,Hα_n,Hα_w和λ_(DDO51)(David Dunlap Observatory,DDO)共8个波段。该系统对恒星大气参数(有效温度T_(eff)、表面重力lg g和金属丰度[Fe/H])和星际消光的测量比传统的uvbyβ系统(Str?mgren-Crawford,SC)更敏感。由于g,r,i波段带宽较宽,因而观测效率较高,对恒星大气参数的测量精度和观测效率均超过uvbyβ系统和宽带测光系统。利用美国亚利桑那大学Steward天文台2.3 m Bok望远镜、新疆天文台南山1 m望远镜和乌兹别克斯坦MAO(Maidanak Astronomical Observatory)1 m望远镜已展开巡天观测。项目计划在约4年时间内完成所有的巡天观测,北天天区覆盖面积约12000(~?)~2,高精度测光(信噪比为100σ)深度约15 mag(V波段);5σ探测极限可深至约20 mag(V波段)。最终将探测约5×108颗恒星,并得出其恒星大气参数以及星际消光。该样本比之前的u,v,b,y,β测光巡天,如GCS(Geneva-Copenhagen Survey)巡天和HM(Hauck and Mermilliod 1998)巡天,扩展到更深的区域,即深度达到7～8 mag(V波段)。利用观测得到的大样本恒星测光星表,可以开展如下课题的研究:(1)得到银河系约5×10~8颗恒星大样本的金属丰度分布,并根据恒星演化模型得到其年龄分布;(2)预期搜寻到一批贫金属星候选体,并利用其他望远镜进行下一步观测;(3)结合高质量的uSC波段数据,预期可以找到一批白矮星;(4)结合其他星表,预期找到一批长周期变源以及移动天体;(5)结合uSC波段数据和其他星表,预期可以找到一批类星体。     

高精度恒星孔径测光注释

详细介绍了利用孔径测光方法得到CCD图像中恒星仪器星等的全过程,以及使用自己设计的程序对云南天文台1m望远镜观测的CCD图像进行实际测量的实验。测量结果表明:对亮星(约10mag)的内部测量精度能达到0.003mag,而对暗星(约17mag)达到0.2mag。同时,对相关问题进行深入讨论,总结了一些实验所得的经验,并与测光软件IRAF进行了内部精度的比较。     

根据数字化巡天光盘测定天体E或V星等

用目视和底片密度扫描的办法从帕洛玛巡天底片得到天体星等资料已有许多作讨论过，其结果得到广泛的应用，考虑到帕洛至于底片已经数字化并做出了数字化巡天光盘（ＤＳＳ），若从它直接得到测光资料将更为方便，为此，我们发展了直接从ＤＳＳ中得到天区天体Ｅ或Ｖ星等的软件，其测量Ｅ星等的精度为０．３７＾ｍ，Ｖ星等的精度为０．４２＾ｍ。     

疏散星团NGC1570和NGC1758的研究Ⅱ．照相测光和天体物理性质

利用上海天台1.56m反射望远镜1992－1993年拍摄的测光底片的PDS测量结要,采用P.B.Stetson所提供的照相星等归算方法,得到了789颗生的B,V星等,并与GJTR的测光结果进行了比较,同时在已得出疏散星团NGC1750和NGC1758天区恒星的自行和测光结果的基础上,确定了两个星团包括面密度,并径,距离,年龄,光度函数和质量函数等在内在基本参数,并对运行学特征也进行了讨论。从而,进一步证实了这一天区确定存在的两个独立的动力学系统。     

大样本红移巡天中测光误差对功率谱计算的影响

利用数值模拟方法产生一定巡天极限星等下的模拟星系样本,并加入测光误差,来考虑对功率谱计算的影响。在处理有限流量样本时,发现会引进功率谱的系统误差,而有限体积样本则可以很好地消除这种影响。在处理有限流量样本时,若巡天极限星等为20．5^m,在100－1000h^-1Mpc尺度,要求测光误差小于0．1^m,这时由测光误差引起的功率谱误差远小于由于巡天体积和星系数密度引起的功率谱的随机误差,因此可以忽略测光误差的影响。     

SAGE巡天介绍Ⅱ——恒星大气参数估计

主要介绍SAGE巡天的恒星大气参数计算方法。首先回顾了前人利用恒星颜色确定恒星大气参数的工作;然后介绍了确定参数的多项式拟合和深度学习两种方法,并对每一种方法的原理、误差和特点进行了详细描述;最后对利用SAGE巡天恒星大气参数的前景进行展望。     

吉林280mm全天区可转动光电阵测光精度评估研究

位于吉林天文观测基地的280 mm全天区可转动光电阵是一台用于空间碎片巡天观测的设备。为了研究该设备的光度测量性能,评估其测光精度,选择M67疏散星团中的测光标准星进行观测。首先,在IRAF(Image Reduction and Analysis Facility)中对观测图像进行预处理,之后进行较差测光;接着,提取测光数据并将整晚观测数据进行最小二乘直线拟合,拟合结果给出了主消光系数及相应的系统转换系数,并得到仪器星等至标准星等的转换公式;最后,利用计算得到的均方根误差对设备的测光精度进行大致评估。计算结果表明,在标准测光夜测量亮于13.8 mag时,280 mm全天区可转动光电阵的测光精度可达0.13 mag。同时将观测图像与UCAC2星表匹配识别,利用背景恒星中的UCAC2标准星做外符合精度的校验,结果与前者基本相同。本设备的测光精度基本满足空间碎片巡天观测的要求。     

基于Stacking集成学习的恒星/星系分类研究

机器学习在当今诸多领域已经取得了巨大的成功,但是机器学习的预测效果往往依赖于具体问题.集成学习通过综合多个基分类器来预测结果,因此,其适应各种场景的能力较强,分类准确率较高.基于斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)计划恒星/星系中最暗源星等集分类正确率低的问题,提出一种基于Stacking集成学习的恒星/星系分类算法.从SDSS-DR7(SDSS Data Release 7)中获取完整的测光数据集,并根据星等值划分为亮源星等集、暗源星等集和最暗源星等集.仅针对分类较为复杂且困难的最暗源星等集展开分类研究.首先,对最暗源星等集使用10折嵌套交叉验证,然后使用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)、XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)等算法建立基分类器模型;使用梯度提升树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)作为元分类器模型.最后,使用基于星系的分类正确率等指标,与功能树(Function Tree,FT)、SVM、RF、GBDT、XGBoost、堆叠降噪自编码(Stacked Denoising AutoEncoders,SDAE)、深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)、深度感知决策树(Deep Perception Decision Tree,DPDT)等模型进行分类结果对比分析.实验结果表明,Stacking集成学习模型在最暗源星等集分类中要比FT算法的星系分类正确率提高了将近10%.同其他传统的机器学习算法、较强的提升算法、深度学习算法相比,Stacking集成学习模型也有较大的提升.     

根据数字化巡天光盘测定天体E或V星等

用目视和底片密度扫描的办法从帕洛玛巡天底片得到天体星等资料已有许多作者讨论过，其结果得到广泛的应用．考虑到帕洛玛底片已经数字化并做出了数字化巡天光盘（ＤＳＳ），若从它直接得到测光资料将更为方便，为此，我们发展了直接从ＤＳＳ中得到北天天区天体（δ３°）Ｅ或Ｖ星等的软件，其测量Ｅ星等的精度为０．３７ｍ（１３．５ｍＥ１８．０ｍ），Ｖ星等的精度为０．４２ｍ（１４．４ｍＶ１８．９ｍ）．     

LAMOST数据流与光谱质量控制研究

郭守敬望远镜每日产生海量观测数据,数据处理涉及观测计划生成、二维和一维数据分析、参数测量、质量控制和光谱释放等诸多环节。为了更高效地获取、处理、分析和发布数据以及及时解决数据处理过程中出现的问题,开展了郭守敬望远镜数据流与光谱质量控制研究。首先,深入研究郭守敬望远镜系统数据流和工作流程,结合关系型数据库进行数据建模,实现基于Linux的MySQL数据库系统,将数据处理和发布各个环节有机串联并融合在一起;然后,基于该数据库系统,定义光谱质量控制模型,建立光谱质量控制系统,严格控制光谱质量和光谱产出的各个环节,从而为优质的光谱资源释放提供保障。该数据流与光谱质量控制系统可以很好地满足望远镜数据处理和数据管理的需要,是可以扩展至同类望远镜系统进行数据处理的一种有效方案。     

巡天项目中的白矮星搜寻

首先,描述了白矮星的颜色特点和光谱型分类。白矮星是大多数恒星的终极状态,它会随着时间的推移而逐渐冷却。根据表面大气成分,它被划分成DA和DB等不同的光谱型。对某一颗白矮星来说,其光谱型分类可能会随着时间的推移而发生变化,这主要是由于其大气包层中的元素含量被对流过程改变引起的。为了对各类光谱型有更深入的研究,样本的完备性不可或缺。得益于近十几年来大型巡天项目的开展(如斯隆数字巡天、郭守敬望远镜的光谱巡天等),目前通过光谱证认的白矮星已超过4×10~4颗,其中绝大多数是H主导的DA型白矮星,另外还包含2 000多颗He主导的DB白矮星。此外,GALEX项目和GAIA卫星分别提供了有价值的白矮星紫外数据、空间位置和速度等信息。这些数据和信息对于白矮星的研究工作起到了非常大的促进作用。随后,对白矮星的大气参数、质量和运动学等内容作了简单的总结。人们利用模板匹配测量了绝大多数已知白矮星的大气参数,并获得了DB型白矮星的有效温度与紫外颜色间的线性关系。基于斯隆数字巡天的光谱数据,白矮星的质量分布和质量-半径关系也得到了较深入的研究。小质量白矮星具有较大的速度弥散,而大质量的则相反。最后,讨论了白矮星的形成和演化机制,这些机制都是基于现有的理论模型得到的。随着巡天项目中白矮星样本的增加,现有的模型会逐渐被修正和完善,新的模型也将随之建立。     

基于样条函数的恒星光谱自动归一化方法

恒星的观测谱一般由连续谱、谱线和噪声组成,其中连续谱是黑体辐射导致的辐射流量随波长变化的光滑连续光谱。光谱分类及恒星物理参数估计等研究依赖于连续谱及谱线信息的准确提取。因此光谱数据处理的工作主要是拟合连续谱,并通过对光谱进行归一化来提取谱线特征。连续谱拟合的方法主要有多项式拟合、中值滤波、小波滤波等。已有的方法在低信噪比、宇宙线信号干扰、存在发射线等情况下,有不同程度的局限性,体现在鲁棒性和准确度上。目前,针对郭守敬望远镜的10 7条光谱没有自动化方法应用到归一化上的问题,研究并开发一种适用于不同的温度、信噪比及波长覆盖范围,并能够自动化处理的恒星光谱归一化方法,显得十分迫切。在仔细分析不同类型光谱的基础上,提出了一种基于固定窗口划分的连续谱拟合方法。该方法对光谱中能够体现连续谱特征的数据点进行筛选提取,通过细微地控制样条函数平滑度产生更加准确的连续谱。使用郭守敬望远镜中不同光谱型、温度范围、波长覆盖范围的光谱进行实验,结果表明,该方法具有良好的精度和普适性。     

检测前跟踪框架下利用蒙特卡洛算法的空间碎片跟踪策略研究（英文）

在轨卫星或者空间碎片数量的增多,是对空间目标地基自动观测的一个挑战。尽管北美防空司令部编目管理了绝大多数直径超过10 cm的空间物体,但由于轨道摄动,空间目标的位置信息(基于6个轨道根数)依然非常重要,并需要定期更新。在过去的几十年里,配备电子传感器的现代地基光电望远镜已广泛用于天体测量领域。然而,这种设备的跟踪性能主要取决于空间目标的大小和亮度。这些目标所在的天文图像会有不同的背景;而且,在基于凝视模式的短曝光实时观测过程中,运动目标和背景恒星在不同的信噪比下显示为类似的点扩散函数,难以辨认。本研究是为了实现对非高斯和动态背景的高灵敏度检测和跟踪能力的提高,并具有简单的系统机制和出色的计算效率。为突破该限制,将重点放在利用状态估计技术对微小卫星和暗弱目标进行跟踪上。提出一种基于神经网络的自适应运行高斯平均算法,用以从恒星背景及干扰下提取运动的空间目标。该方法随后被集成到了一个检测前跟踪框架中。该框架利用基于蒙特卡洛的粒子滤波跟踪空间目标。三段来自亚太地基光学空间目标观测系统(APOSOS)图像序列被用来对该跟踪策略进行评估。实验结果表明,该方法能够达到满意的跟踪性能。     

嫦娥四号低频射电频谱仪降低背景噪声方法的研究

嫦娥四号着陆器将搭载低频射电频谱仪在月球背面进行低频射电天文观测,低频射电频谱仪的观测波段为0.1~40 MHz。根据着陆器在中国空间技术研究院的微波暗室进行的电磁兼容性试验结果,着陆器平台在该频段内自身存在非常强的噪声,其强度甚至淹没大部分来自太阳爆发的信号,难以探测有效信号,实现预期的科学目标。通过模拟仿真分析谱减法、维纳滤波及自适应滤波3种方法对着陆器噪声消除的效果,从而选择更为有效的噪声消除方法,为低频射电频谱仪在轨探测任务的数据处理提供依据。     

一种快速的天文图像模拟方法及分析

图像模拟在天文学研究中已经发挥越来越重要的作用,其重要性主要表现在以下几方面:通过模拟可以为准备研制的天文观测设备评估提供重要的依据;通过对模拟数据的处理可以验证数据处理的算法。对图像模拟的整个过程进行描述,并在计算上对图像模拟的局部方法进行优化,使模拟结果能够高效准确的生成。主要工作包含以下几方面:对天体形态的模拟,包括点源(如恒星)和展源(星系),这里主要对展源建模;模拟观测条件,主要是仪器和天光背景等产生的噪声;模拟点扩散函数;从计算和程序的方法对计算流程进行优化;对结果进行分析。采用的数据是哈勃超深空场(HUDF) ACS WFC i(F775)波段的数据,其极限星等达到29等。通过对模拟结果的分析,可以看出该方法能够快速并且较为准确地对星系图像进行模拟。     

基于Docker的射电干涉阵软件系统敏捷封装与部署

随着天文技术的发展,天文数据处理软件的需求也不断更迭变化,导致软件运行环境渐趋复杂。对于开发者和使用者,急需提出一种对复杂天文数据处理软件敏捷化封装和部署的方法。我国明安图射电频谱日像仪已进入常规观测,与之配套的数据处理软件也已完成开发并投入使用。由于该软件的部署涉及操作系统环境、图形处理器运行环境及底层依赖软件等配置问题,导致安装过程既繁琐又容易出错。结合容器技术的特点,提出了一种基于Docker容器对日像仪软件系统进行敏捷封装与部署的方法,并对该方法的设计进行介绍,通过实验验证了其可用性,以及相比于传统虚拟机可获得较优异的性能表现。该方法可为未来天文数据处理软件的封装部署提供参考。可以预见,未来容器技术将成为天文海量数据处理的基础支撑技术。     

球面距离计算方法及精度比较

球面距离(角间距)计算是天文或地理学中极常用的计算之一,也是目标查找、锥形检索、交叉证认等方法的基础。数学上,通过球面几何可以直接计算出两点的距离,前人已经推导出了多个复杂程度不一的计算方法。但是由于计算机的精度有限,在进行数值计算时有舍入误差,导致公式计算结果出现偏差。对几个常用的球面距离计算公式进行了考察,测试并对比它们在不同计算环境下的精度与优缺点。此外还展示并比较了几种常用天文软件包、数据库的球面距离计算方法,以期有助于天文工作者选择适合自己当前需要的计算方法。     

DA白矮星视向速度测量

DA白矮星光谱在光学波段主要由巴尔默线主导,谱线比较宽,且谱线轮廓不对称,传统的线心方法确定视向速度非常困难。介绍了一种基于利用白矮星的有效温度(Teff)和表面重力加速度(log g)选择理论模板,通过交叉相关方法确定DA白矮星的APP速度,减去白矮星的引力红移得到白矮星的视向速度。测试发现对于有效温度高于10 000 K且信噪比大于20的DA白矮星的低分辨率光谱(R～2000),精度在10 km/s以内。基于这种方法测量了SDSS DR7的DA白矮星观测样本的视向速度,统计发现在1 000 pc内,视向速度的平均值接近于0。     

差分像运动视宁度优化监测法

大气视宁度是衡量台址大气光学品质的重要指标。差分像运动视宁度监测仪(Differential Image Motion Monitor,DIMM)被广泛应用于国内外天文选址的视宁度测量作业。介绍了一种优良的视宁度测量方法——差分像运动视宁度优化监测(Improved to Differential Image Motion Monitor,I-DIMM)法。首先对I-DIMM的结构设计和视宁度计算方法进行了详细描述;随后通过设置0. 36 m和0. 12 m两种口径望远镜进行视宁度的模拟测量,将I-DIMM测量结果与传统的DIMM测量的结果进行对比,均证明I-DIMM视宁度计算方法比DIMM更为精确;最后对模拟结果进行了分析,证明了I-DIMM相比于DIMM的优势。