一米新真空太阳望远镜多波段光谱仪CaⅡ通道杂散光研究

观测目标的亮度越小,杂散光对其的影响越大。在光谱观测中,由于谱线线心的剩余能量较小,所以杂散光对光谱观测的影响显著。在用抚仙湖1 m太阳望远镜多波段光谱仪进行光谱观测时发现,CaⅡ光谱图像在855.6 nm吸收线右侧的亮度有肉眼可见的明显下降,针对此现象分析产生光谱图像色散方向上亮度左右差异的原因,结合杂散光的理论用实验的方法找出杂散光的来源及传输路径。分析结果表明,产生此种现象是由于狭缝的次极大衍射光照亮成像镜后反射到CCD,形成一个弧形的杂散光亮斑,强度约为光谱图像平均光子数的20.9%,对CaⅡ通道的光谱图像产生了严重的影响。对分析的结果进行了理论验证。利用遮挡杂散光传输路径与图像处理两种抑制杂散光的方法对其进行消除,使CaⅡ通道杂散光恢复到正常水平。     

一种新的基于2维傅里叶谱图像的恒星光谱特征提取方法和深度网络分类应用

天体光谱分类是天文学研究的重要内容之一,其关键是从光谱数据中选择和提取对分类识别最有效的特征构建特征空间.提出一种新的基于2维傅里叶谱图像的特征提取方法,并应用于LAMOST (the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)恒星光谱数据的分类研究中.光谱数据来源于LAMOST Data Release 5(DR5),选取30000条F、 G和K型星光谱数据,利用短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform, STFT)将1维光谱数据变换成2维傅里叶谱图像,对得到的2维傅里叶谱图像采用深度卷积网络模型进行分类,得到的分类准确率是92.90%.实验结果表明通过对LAMOST恒星光谱数据进行STFT可得到光谱的2维傅里叶谱图像,谱图像构成了新的光谱数据特征和特征空间,新的特征对于光谱数据分类是有效的.此方法是对光谱分类的一种全新尝试,对海量天体光谱的分类和挖掘处理有一定的开创意义.     

兴隆1m光学望远镜杂散光效应研究

兴隆1m光学望远镜采取了加装挡板等基于经验和定性分析的杂散光抑制措施。用Tracepro光学分析软件对圆顶内1m望远镜的杂散光传播路径做了计算和分析,提出了对1m望远镜的杂散光抑制的改进措施,通过在Tracepro中计算的系统杂散光"归一化点源辐照度透过率(PSNIT)"函数对改进措施进行了评价。计算结果表明:对于有效视场外30°范围的杂散源,改进措施可使得1m望远镜的PSNIT全部下降到10-10;模拟1m望远镜在满月条件下对偏月25°的天体观测(R波段、15等星、t=15~150s),1m望远镜观测信噪比可提高约147%。     

测定天琴RR变星金属丰度的方法

银晕中天琴RR变星金属丰度的测定对于研究银河系晕的形成和演化具有重要的意义．在当前的技术条件下,高分辨光谱的方法难以测量银晕中较暗的天琴RR变星的金属丰度．高分辨光谱测定金属丰度的方法对恒星大气模型的依赖性较高,而恒星脉动引起的复杂大气状况对于建立正确的大气模型本身就是挑战．△S光谱方法、Caby测光方法和光变曲线的参数方法则弥补了高分辨光谱方法的不足,将能测量更远距离上的天琴RR变星的金属丰度．着重介绍了这3种方法发展的历史、具体的观测流程以及需要注意的问题。通过比较这3种方法的优劣,为实际观测时方法的选用提供借鉴。     

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。     

基于胶囊网络的恒星光谱分类研究

大型巡天项目的快速发展,产生大量的恒星光谱数据,也使得实现恒星光谱数据的自动分类成为一项具有挑战性的工作.提出一种新的基于胶囊网络的恒星光谱分类方法,首先利用1维卷积网络和短时傅里叶变换将来源于LAMOST(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope)Data Release 5(DR5)的F5、G5、K5型1维恒星光谱转化成2维傅里叶谱图像,再通过胶囊网络对2维谱图像进行自动分类.由于胶囊网络具有保留图像中实体之间的分层位姿关系和无需池化层的优点,实验结果表明:胶囊网络具有较好的分类性能,对于F5、G5、K5型恒星光谱的分类,准确率优于其他分类方法.     

大气色散对太阳多波段同步高分辨图像重建的影响

抚仙湖1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)利用多波段成像系统对太阳光球和色球同时进行高分辨成像观测,并对观测图像进行多波段同步高分辨统计重建,以大幅度降低重建所需的计算量,并改善低信噪比波段的高分辨重建效果。大气色散是影响多波段同步高分辨重建效果的主要因素。借助多层湍流大气的模拟,通过比较不同天顶角下色散引起的波像差、相对谱比,分析了大气色散对多波段同步高分辨重建的影响。分析结果表明对于1 m太阳望远镜,当天顶角在60°以内时,色散对近红外以及波长相差不大的可见光波段的多波段同步高分辨重建的影响较小,而393.3 nm波段受色散的影响明显,天顶角超过45°时分辨率明显下降。     

基于Demons配准的NVST太阳高分辨图像横向速度场测量

太阳高分辨图像中横向速度场的测量已经广泛应用于太阳光球、色球表面特征的动力学分析中,但依然存在测量精度不够的问题。详细介绍了Demons方法,并将其应用于1 m新真空太阳望远镜的高分辨观测资料处理中。首先选取不同观测时间间隔和代表光、色球不同波段的3个数据集作为测试样本,在测量到速度场后,通过与前一时刻图像进行非刚性配准并比较结构相似度评价速度场的测量精度。结果表明,Demons方法在小尺度运动的精细测定方面,明显优于传统的基于傅里叶变换的局部相关跟踪法和微分仿射速度估计方法。并且采用光球和色球图像的亚像素和超像素模拟位移实验表明,这一方法的逐点测量精度可以达到0.1像素量级。     

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。     

第二太阳光谱

在太阳大气中,共振散射可引起辐射的线偏振．用偏振度测量精度达10－5的仪器,已经探测出完整的偏振辐射谱,这称为第二太阳光谱．它具有大量的、与通常太阳光谱截然不同的特征和结构．已有的研究发现它们与量子力学干涉、同位素效应、分子散射等物理过程有关．利用第二太阳光谱,可以进一步开展太阳物理的多项研究．     

基于CFD软件的桁架式望远镜遮光筒扰流分析

遮光筒会影响主镜上方的空气流动,不利于主镜表面与周围空气的热交换。以兴隆基地50 cm望远镜为例,应用CFD软件分析了两种消杂散光装置(遮光筒和独立挡光环结构)对主镜区域气流运动和温度的影响。同时根据温度数据计算主镜视宁度。分析结果表明,遮光筒会造成温度分布不均匀、湍流影响范围大、非对称的漩涡绕流等影响。独立挡光环结构的情况下,主镜视宁度减小74%。由此说明,在主镜散热和空气流通方面,主镜遮光筒有较大弊端。将该分析方法与杂散光分析结合,可合理选择杂散光抑制方案,对望远镜设计及改造具有一定参考和应用价值。     

一米新真空太阳望远镜离焦对高分辨太阳观测图像重建的影响

由于太阳辐射、环境温度等因素,太阳望远镜在一个观测日内往往有较明显的像差变化,而离焦是其中的主要像差。针对抚仙湖1 m太阳望远镜的高分辨成像观测系统,对其离焦像差及变化进行了简要分析,在此基础上模拟分析了离焦像差对图像高分辨统计重建的影响。分析结果表明,离焦像差对高分辨重建图像的相位传递函数影响不大,但对调制传递函数有明显的影响,进而造成像质衰减,应当进行补偿。     

多层湍流大气相位屏的数值模拟

高分辨图像重建技术可以有效消除湍流大气的影响,重建目标的接近望远镜衍射极限的图像。但是当目标的视场角比较大时,大气—望远镜综合系统不再是线性空不变的,给图像重建带来新的困难,它是大气性质中的一个重要特性,对大气相位屏的模拟应该满足这一特性。提出了一种可以模拟等晕区效应的多层大气相位屏的数值模拟方法,这种方法可以应用于等晕区对高分辨统计重建方法的影响的研究中。利用该数值模拟方法模拟了5″和8″的双星的斑点图,用斑点干涉术对模拟的双星进行了重建,并与实测的双星的斑点干涉术重建结果进行了比较。比较结果表明该数值模拟方法所产生的等晕区效应与实际的等晕区效应相似。     

热层大气密度对太阳辐射27 d短期震荡的响应规律

在近地空间目标和碎片的定轨预报任务中,需要准确计算热层中性大气密度。太阳辐射约27 d周期的短期震荡是影响大气密度的一种重要的空间环境因素,它会引起大气密度在全球尺度上的涨落。选择CHAMP、GRACE-A和SWARM-C这3颗极轨卫星星载加速仪数据推导出的大气密度资料,提取其中的27 d短期变化信号,与太阳极紫外辐射(S₁₀指数)的27 d短期变化进行多元回归分析,研究热层大气密度对太阳辐射短期变化的响应规律,及其在不同高度、辐射水平、昼夜半球和纬度等方面的差异。结果表明：太阳辐射短期变化对大气密度的影响与高度负相关(主要因素)、与辐射水平正相关(次要因素);对白天半球的影响是夜间半球的约2倍;在白天半球,辐射影响随着纬度增大而减弱,夜间半球恰好相反。将以上观测结果与NRLMSISE00模型模拟结果对比,发现模型低估了太阳辐射短期变化对大气密度影响的(50%～60%),且低估了高度差异,但高估了辐射水平差异。利用SOHO卫星对太阳26～34 nm波长极紫外辐射1 h分辨率的测量值,研究了大气密度对辐射的响应延迟时间,约为18 h (0.75 d)。研究结果对于优...     

DB白矮星

白矮星是一种简并星,它可分为DA、DB、DC、DF和DG 5种。其中,DA占90％,剩下的大多是DB。 关于DB白矮星,我们知道的很少,主要是由于下面几个原因: 1.在DB恒星大气中富含氦,这给恒星大气模型的计算带来了很大的困难; 2.DB星要远远少于DA星,一般说来它们也要暗得多,对最近的DB星,其距离约是40pc,而视星等大于14~m。这样,高质量的光谱就很少; 3.它的光谱对引力g不是很敏感,所以要测量g就需要非常好的光谱。     

紫台多波段耀斑光谱观测

我们用紫台多波段太阳光谱仪进行耀斑光谱观测。这架仪器能在Hα、D、M_g、H_β、H_γ、H、H_δ——K、H_θ——H_(12)和H_(13)——H∞等九个波段基本上同时拍摄耀斑光谱。太阳像直径为11.2厘米,二级光谱的实测分辨率约10万,线色散度约为1毫米/埃。在这次峰年期间,从1980年2月至1981年5月,我们一共拍到16套耀斑光谱底片。我们已开始用这些资料来研究,(1)耀斑的能量传输机制,(2)耀斑的热动平衡偏离,(3)地面与空间观测资料的配合,(4)形态研究,并已开始归算处理这些资料。     

基于Lyot滤光器的NVST磁像仪光学系统设计

我国1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope, NVST)能够实现优于0.2″的高分辨成像观测,但还不具备高分辨磁场的常规观测能力。很多磁结构和太阳活动都存在于较小的尺度,需要进行高分辨磁场测量。1 m新真空太阳望远镜的台址具备优良的视宁度,若磁像仪具备快速调制能力,并配合高分辨统计重建技术,有望实现亚角秒分辨率的太阳磁场测量。1 m新真空太阳望远镜测量磁场面临的主要问题包括折轴光路带来的时变偏振、望远镜姿态变化和风载带来的光轴偏移以及湍流的影响等多种问题。针对太阳磁场高分辨观测的需求及1 m新真空太阳望远镜面临的太阳磁场测量问题,详细分析了1 m新真空太阳望远镜太阳光球磁场的测量需求,制定了磁像仪的基本参数,提出了偏振分析器需求,设计了光球磁场的高分辨观测方案。最后利用ZEMAX光学设计软件为磁像仪设计了光路,结果显示光学设计能够满足高分辨成像的需求。     

近地小行星Apophis的天体测量试验观测

Apophis是一颗对地球具有高潜在威胁的小行星（Potentially Hazardous Asteroid,PHA）．对其开展高精度定位观测可为精确计算其轨道提供基本数据。2013年2月4～7日,使用云南天文台2．4m望远镜云南暗弱天体光谱及成像仪（YunnanFaint-Obiect Spectrograph and Cainera．YFOSC）对Apophis进行观测,采用天体测量软件Astrometrica处理原始CCD图像,获得了一批定位结果,并与JPL历表和IMCCE历表进行了外部比较,结果表明,当与JPL历表比较时,赤经、赤纬两个方向的观测位置减去计算位置（0一C）不大于O．1arcsec,每个方向单次测量精度约为0．1arcsec。     

Hα全日面云污染实时识别和修复系统

高空云层导致所观测的Hα全日面像上覆盖有一层云污染,使得图像上的太阳活动细节变得模糊不清。为了能够实时探测云污染,并及时显示修复后的图像,采用图形处理器技术实现了一个Hα全日面云污染实时识别和修复系统。该系统主要在统一计算设备架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)环境下利用图形处理器并行实现:(1)二值化图像椭圆长短轴比值法识别重度云污染图像;(2)临边昏暗曲线中心对称法识别可修复云污染图像;(3)频域巴特沃斯低通滤波法去除云污染。通过对系统中各运算在图形处理器中花费的时间进行详细测量,发现傅里叶正反变换和频域滤波占用了图形处理器总处理时间的52.9%,是系统中最耗时的。然而,相对于1 min的观测时间间隔,约0.7 s的总处理时间可以满足实时显示的需要。另外,通过对修复后的图像做质量评价,验证了所采用的修复算法可以有效地去除云污染,并对太阳活动细节影响较小。最后讨论了系统存在的不足和需要进行的改进。     

云南1m太阳塔真空封窗减反射膜的设计

云南1m太阳塔(YNST)[1]是一个真空结构的塔式太阳望远镜,依靠4块平板封窗玻璃把整个光学系统密封在真空系统中。封窗玻璃的引入,不仅会对太阳光有一定的吸收和反射,使来自太阳辐射的能量有一定的损失,并会形成杂散光,影响成像质量。本文讨论了这些影响。根据云南1m红外太阳塔科学指导委员会确定的工作波段的要求,设计了一种膜系设计方法,可以利用最少的膜系层数来达到需要的结果。并用一组材料进行了模拟设计实验,获得了较为理想的优化结果,在关键波长处显著减小了反射率,减少了杂散光的形成。这种设计方法很适合象太阳塔这种很宽的波段里面对一组波长有很高要求的设计任务,将大大提高光能利用率,具有重要的价值。