1m新真空太阳望远镜成像系统观测数据干涉条纹特性分析及消除方法

抚仙湖1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,简称NVST)是我国新一代地基太阳观测设备之一,其中Hα成像系统是进行太阳色球观测的主要终端.实测Hα观测数据(特别是偏带观测数据)中明显存在由薄膜干涉引起的等厚条纹,而常规平场校正有时无法将其消除,并在后期图像高分辨率重建过程中造成严重影响.为了解决这个问题,利用连续4 h的Hα偏带观测数据对干涉条纹的空间和时间分布特性做了分析并发现:干涉条纹的间距或二维空间分布样式随时间固定不变,但条纹的强度随时间变化明显(4 h左右可见度增加9倍),是导致常规平场校正无法将其消除的主要原因.由此推断造成上述时变特性的主要原因是观测过程中入射光的强度以及入射光与CCD靶面位置的相对角度随时间发生了变化,而且产生条纹的薄膜结构与靶面位置距离较近.尝试了两种降低条纹可见度的方法.首先对探测器(pco.4000型CCD)光敏介质的前封窗进行了改造,通过改造前封窗楔角至2?的方案来调制条纹间距至CCD像元尺度,改造之后小范围视场内可识别出可见度仅为0.6%的少量干涉条纹.其次基于图像滤波技术提取干涉条纹图样并生成所谓条纹平场,分别采用和比较了频域傅里叶变换滤波和空域中值滤波两种方法,结果基本相同.观测数据再次进行条纹平场校正之后,条纹消除效果明显:可见度可降低8倍左右(即由之前的4.7%降低为0.6%以下).同时也指出多幅图像的积分(累加)可以有效降低精细太阳结构在条纹平场提取中的影响,并给出累加时间的经验值约为20 min.     

太阳Stokes光谱望远镜的结构及其数据处理方法

云南天文台的太阳Stokes光谱望远镜是一台通过测量磁敏谱线的Stokes参数I,Q,U和V的轮廓来研究太阳磁场精细结构的光谱型矢量磁场测量仪。它利用4个完整的Stokes轮廓所蕴含的丰富信息,完全确定辐射的偏振状态,从而精确地测定太阳黑子区的矢量磁场。文章首先介绍了该望远镜的结构,进而详细地介绍了该望远镜所测量的偏振光谱资料的处理方法。     

基于扇形子镜的12m光学红外望远镜拼接共相误差仿真分析

为满足国内对应用大型通用光学望远镜在光学红外波段进行天文观测的需求, 中国计划建设一架12 m大口径光学红外望远镜(12-meter large aperture optical-infrared telescope, LOT). LOT对于中国天文界具有极其重要的意义, 将会在近红外波段实现共相. LOT的主镜将采用子镜拼接的方案, 由72块扇形子镜拼接而成, 并且中央部分有一块直径4.5m的圆形镜. 分析了采用扇形子镜拼接方案下LOT的共相误差, 提供了详细的共相误差理论推导过程, 并对包括3种子镜面外误差在内的误差源进行深入的单独模拟和综合模拟. 在共相波长为1μm的条件下, 当服从正态分布的倾斜误差的均方根值小于0.016^\prime\prime或服从正态分布的活塞误差的均方根值小于42.5nm时, LOT的斯特列尔比大于0.8. 仿真结果对于采用共相拼接镜面主动光学的主镜在LOT中的应用具有重要意义.     

观测天体光谱的纤维光学方法及2.16m望远镜实用系统

本文描述了近年来广泛发展起来的天体物理实测技术中的一项重要进展——纤维光学分光技术方法在天体光谱观测中的应用及2.16m望远镜实用系统的特点和初步应用结果     

基于K近邻方法的窄线与宽线活动星系核的自动光谱分类

对于美国芝加哥大学等6个组织的斯隆数字化巡天观测(SDSS)的一批低红移活动星系核(AGN)光谱数据,针对宽线AGNs和窄线AGNs发射线的不同特征,在静止系的光谱上截取有效波段范围,采用自动分类的K近邻方法,对其进行分类．宽线和窄线AGNs光谱的主要区别在于Hβ、[OⅢ]、Ha和[NⅡ]等发射线的幅度和半高全宽(FWHM)的大小,所以截取这些发射线所在的波段进行单独或组合的分类实验,实验证明,单独采用以Hα和[NⅡ]发射线为主的波段,分类效果最好,且对于训练样本数和测试样本数分别为1000和3313条的AGNs光谱的单次分类速度可达32．89秒．在充分利用光谱的典型特征的情况下,自动分类方法也可有效地应用于活动星系核的分类,为传统的通过计算发射线的FWHM值或发射线强比对大型光谱巡天所产生的庞大数据库进行分类提供了一种快速直接的分类方法．     

一种基于傅里叶变换和图像二值化阈值遍历的干涉条纹角度计算方法

消除综合孔径望远镜子孔径之间的相对光程差是实现高分辨率干涉成像的前提条件,条纹检测法是一种检测相对光程差的有效办法。因子孔径的空间位置排布使干涉条纹具有一定的方向性,若不能精确获知干涉条纹的角度,则无法沿条纹的法线方向行采样,进而无法根据对比度变化曲线的最大值获得子孔径之间的最小光程差位置。提出了一种基于傅里叶变换和图像二值化阈值遍历的获得干涉条纹角度的方法,首先介绍了算法的基本原理,其次通过对条纹角度为43°的仿真数据进行算法验证得到的角度为43.007 8°,与理论值的误差为0.018%,证实了方法的可行性。最后对比了未旋转相机和旋转相机两种情况下的条纹对比度变化曲线,可知通过旋转相机使条纹转至相机靶面纵轴方向再进行采样的办法,更有利于精确得到相对光程差的最小位置。     

基于兴隆观测基地80厘米望远镜的CSST无缝光谱地面测试

我国预计2025年发射的巡天空间望远镜(Chinese Space Station Telescope, CSST),主要用于开展大规模的多色成像与无缝光谱巡天工作。发射前需要利用地基望远镜对空间望远镜的光学成像系统、探测器,以及设备长时间运行稳定性进行地面测试。设计了兴隆观测基地80 cm望远镜的无缝光谱地面测试,利用A型恒星、B型恒星和沃尔夫拉叶星HD4004的强吸收和发射线特征,拟合色散方程,并发现色散方程具有空间分布特征。对HR3173的53条数据的零级谱位置信息及色散方程系数进行了二次曲面拟合,并利用该曲面对HR3173零级像位置范围内的HR718数据进行了波长定标,得到的CCD上8×13 pixels范围内的平均视向速度精度为51 km/s。     

基于精密光程差调制的时域干涉信号闭合相位检测方法研究

闭合相位法是实现长基线恒星光干涉高分辨成像的重要技术手段之一,获得精确的闭合相位信息是进行光干涉图像重构的先决条件.提出一种基于精密光程差调制的时域干涉信号闭合相位检测方法,在3路干涉臂上进行非冗余精密光程调制,并通过多次干涉测量结合数据拟合的方法消除光程差调制中存在的正弦误差,使得光程调制的精度达到20 nm以内.引入高速探测器件提升时域干涉信号的采样频率,对探测器上获得的时域干涉信号进行傅立叶变换处理,获得3路干涉臂精确的闭合相位信息.室内实验结果表明,基于精密光程调制的时域信号闭合相位计算精度可以达到1/50波长以内.     

基于相位差法的光学综合孔径望远镜失调检测技术

光学综合孔径望远镜常常因为子望远镜间的失调大于1λ而产生相位差,影响望远镜的分辨能力.基于相位差法的检测技术,主要是利用在焦面和离焦位置上同时采集的一对图像,对光瞳上的相位分布进行恢复,从而得出子望远镜间的微小失调误差.在计算机模拟成像系统的基础上,我们使用有限差分法对波前相位进行了恢复.模拟研究结果表明,相位差法可以较准确恢复出波前相位,检测出失调量.     

基于DenseNet的天体光谱分类方法

天体光谱数据的智能处理正由传统机器学习方法逐步转向深度学习,主要采用基于计算机视觉的技术手段。基于计算机视觉领域广泛应用的DenseNet网络结构,针对光谱数据进行修改,建立了适用于光谱数据的一维卷积神经网络模型,解决天体光谱数据分类任务。在验证数据集上,恒星、星系、类星体的F1分数达到了0.998 7、0.912 7、0.914 7,高于传统的神经网络。光谱分类关注区域的可视化结果表明,本文模型可以学习到各类天体对应的特征谱线,具有较强的可解释性。本文方法被用于阿里云天池天文数据挖掘大赛——天体光谱智能分类,并在843支参赛队伍的3次数据评比中获得了2次第一、1次第三的成绩,证明了该模型在保证分类精度的同时,具有极强的鲁棒性、泛化性,适用于光谱的自动分类。     

丽江2.4米望远镜双视场终端的控制与图像采集

为充分利用丽江2.4 m望远镜有限的卡焦接口,提高观测效率,研制了一个双视场天文观测终端,在2.4 m望远镜上实现不同视场和图像比例尺等参数进行快速测光和高分辨成像等天文观测,以满足不同的观测需求。针对该终端对滤光片轮精度和大视场光路与小视场光路切换的精度要求,以及对电子倍增电荷耦合器件(Electron-Multiplying Charge-Coupled Device, EMCCD)相机图像采集的速度要求,采用三层电机闭环控制以及多线程并发执行等技术,实现了该终端中滤光片轮、大视场光路与小视场光路切换的精确控制,以及EMCCD相机图像的快速采集与存储。最后在实验室进行了详细测试,结果表明,所设计的控制与图像采集系统能满足各项性能指标的要求。     

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。     

基于Dask并行加速的射电干涉成像网格化方法实现

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)比傅里叶变换有更好的算法性能,是射电干涉成像的基础算法,但因为天线阵列的不规则采样,需使用网格化算法将可见度数据重采样到规则的网格上才能应用。基于卷积的网格化计算具有密集型和迭代型的特点,特别是处理海量可见度数据的情况下,高性能的网格化计算对整个成像过程加速尤为重要。为了缓解数据处理的压力,在现有处理整块数据和支持多核计算的算法基础上,拓展应用Dask并行计算框架,不仅将数据分块并分配到多线程上,提高数值计算效率,而且动态的分布式任务调度策略优化了网格化的实时处理。实验结果表明,多核中央处理器利用率显著提高,即使增加数据量,也能进一步提高网格化算法的性能。分布式任务调度能够将单(多)测量集的网格化弹性缩放到单(多)机系统,充分发挥集群的规模化优势。     

1.2米地平式望远镜竖轴摩擦传动平稳性的检测与分析

从静态和动态两方面对云南天文台1.2米地平式望远镜竖轴摩擦传动的平稳性进行了检测和分析。动态检测模拟了跟踪月球和Lageos卫星所需的实际速度和加速度范围。静态和动态的检测结果均表明摩擦传动系统的平稳性能够满足±1″的跟踪精度要求。     

抚仙湖1米新真空太阳望远镜空间二维偏振光谱观测模式的设计与实现

作为抚仙湖1 m新真空太阳望远镜的观测终端之一,多波段光谱仪需具备2种观测模式:空间二维扫描观测及偏振光谱测量,从而实现诊断太阳矢量磁场及其动力学特征的科学目标。首先明确观测模式对3大重要光电机构(空间扫描机构、偏振分析器和仪器偏振定标机构)的基本要求;其次从实测太阳物理需要出发,分析这些要求的具体实现方法(连续式或步进式)、控制精度(10~(-2)或10~(-3))以及信噪比提高方法(多帧叠加或多组叠加)等;最后给出多种观测模式的流程图,并将不同观测模式集成于一个采集控制程序之中,投入实测,分别进行多组活动区二维空间扫描观测和黑子偏振光谱测量,取得了较好的结果。     

基于深度学习的太阳活动区检测与跟踪方法研究

太阳活动区是各类太阳活动的主要能量来源,剧烈的太阳活动直接影响人类的生存环境,因此,准确地检测与跟踪太阳活动区对监控和预报空间天气非常重要。基于深度学习框架的YOLOv3-spp和DeepSort,提出了一种太阳活动区检测和跟踪方法(Active Regions Detection and Tracking Method, ARDTM),该方法较好地解决了传统图像处理方法易将一个太阳活动区误检测为多个,或者多个太阳活动区误检测为一个的问题;及时捕获新产生的太阳活动区和终止跟踪消失的太阳活动区,有效提高了太阳活动区的跟踪准确率。实验结果表明,该方法可以较好地检测和跟踪不同望远镜、不同时间间隔序列图像中的太阳活动区。     

云南天文台1m望远镜Coude摄谱仪-CCD分光系统的参数测定与Fe-Ar定标光谱的证认

本文包含天体的分光观测和处理资料中所涉及到的Coude摄谱仪和1024CCD系统的相关参数,以及CCD响应区Fe-Ar发射光谱的证认结果.(1)Coude系统的色散曲线几乎呈水平分布,1～3级光谱(m)的倒色散分别为8.391