LAMOST中基于时槽环的命令执行控制算法

针对LAMOST望远镜控制的特点和其观测运行方式,利用时槽环技术实现了命令执行控制,为复杂控制系统内部子系统的协调提供了一种可借鉴的控制算法．     

LAMOST低分辨率光谱仪体位相全息光栅的参数测量

对LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) 16台低分辨率光谱仪共34块体位相全息光栅(VPHG)的参数进行了系统测试,给出了测试方法和测量结果,测量参数包括光栅的刻线密度、闪耀角、衍射效率曲线以及闪耀角偏差对衍射效率的影响等,测量的数据为LAMOST光谱仪的安装提供了依据.     

LAMOST子镜镀膜研究进展

对大口径光学/红外天文望远镜而言,为保障其稳定高效运行,镜面镀膜是重要的维护环节之一.镀膜质量的好坏直接影响镜面光学反射率的高低,也严重影响到天文望远镜的成像质量、观测效率.国家重大科技基础设施—大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope, LAMOST,又名郭守敬望远镜)自2009年6月通过国家竣工验收并逐步投入巡天观测,目前已进入第2个5 yr巡天计划阶段,取得近两千万的光谱产出和大批高显示度的科学成果. LAMOST共拥有24块施密特改正镜子镜和37块球面主镜子镜,为了确保在野外恶劣观测环境下镜面反射率维持在较高水平,每年要对大批子镜进行镀膜.主要介绍了镀膜需求、镀膜设备,并基于大量实验和多年的完善探索出一套可行的镀膜工艺流程,确保了LAMOST子镜极高的镀膜质量.镀膜后子镜平均反射率高达90%以上,满足了LAMOST光谱巡天的镜面反射率要求.     

基于相位差方法的天文目标高分辨率成像研究

基于相位差方法的天文目标高分辨率成像,是利用在焦面和离焦位置上同时采集的一对或者多对短曝光图像,对目标和大气湍流引入的波前相位分布进行估计．在计算机模拟望远镜成像系统和相位差方法图像采集过程的基础上,利用信号估计和最优化理论,确定了高斯噪声模型下的目标函数,采用适合于大规模无约束优化的有限内存拟牛顿法对图像恢复问题进行了数值求解．恢复结果表明,基于相位差方法的高分辨成像技术,可以有效地克服大气湍流的影响,解决天文扩展目标的图像恢复问题．     

一种偏振定标单元方位角误差的约束非线性最小化优化定标方法

偏振定标单元(Polarization Calibration Unit, PCU)对于定标由偏振系统和天文望远镜产生的仪器偏振至关重要, 然而偏振定标单元 中偏振元件光轴的方位角误差是限制定标精度的主要因素之一. 为解决该问题, 提出了一种基于约束非线性最 小化优化的方位角误差定标方法, 该方法具有定标精度高、定标速度快的优点. 首先将偏振定标单元中的线性 偏振片和四分之一波片的光轴方位角误差设置为两个待优化的自由变量, 然后利用产生和测量的Stokes参数 以及偏振定标获得的响应矩阵定义优化目标函数, 最终使用约束非线性最小化优化方法来确定 两个偏振元件的方位角误差. 分别从理论模拟和实际测量两个方面对优化方法进行了验证, 实验结果表明, 该 优化方法能够成功获得上述两个方位角误差, 精度分别优于2.79$''$和2.72$''$. 此外, 从理论上 计算分析了不同方位角误差对各Stokes分量的影响情况. 该优化方法有望应用到我国太阳望远镜中偏振定标 装置的误差定标及研制之中.     

LAMOST一维光谱提取算法的分析与比较

针对LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)2维光谱图像数据,对6种抽谱算法进行了分析与比较.比较的算法包括孔径法、轮廓拟合法、直接反卷积方法、基于Tikhonov正则化的反卷积抽谱算法、基于自适应Landweber迭代的反卷积抽谱算法以及基于Richardson-Lucy迭代的反卷积抽谱算法.通过实验对这些算法在信噪比和分辨率两个方面进行了比较,发现基于Tikhonov正则化的反卷积抽谱算法、基于自适应Landweber迭代的反卷积抽谱算法以及基于RichardsonLucy迭代的反卷积抽谱算法是6种算法中最为可靠的3种抽谱算法.最后,对今后的工作进行了展望.     

基于线性数据重构的天线动力学模型辨识方法

射电望远镜天线伺服控制系统中的非线性特性, 对系统动力学特性辨识有着显著的影响, 会提高辨识难度, 增加辨识模型的复杂程度. 系统非线性特性的测量与补偿也会增加系统辨识工作量. 针对上述问题, 提出了一种基于非线性采样数据的线性重构方法, 用于动力学特性建模. 通过提取原采样数据的相位与幅值, 对受到噪声与非线性畸变影响的系统采样数据进行线性重构, 降低待辨识模型的复杂度. 搭建了半实物实验平台, 以平台实际采样为基础, 重构线性数据, 利用奇异值法与自回归神经网络评估并辨识平台动力学模型. 实验结果表明, 建模数据奇异值拐点从100阶下降至40阶, 仅用10个神经网络节点200次训练即实现了模型辨识.     

基于深度学习的LAMOST星系星族参数测量

星系的光谱包含其内部恒星的年龄和金属丰度等信息, 从观测光谱数据中测量这些信息对于深入了解星系的形成和演化至关重要. LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)巡天发布了大量的星系光谱, 这些高维光谱与它们的物理参数之间存在着高度的非线性关系. 而深度学习适合于处理多维、海量的非线性数据, 因此基于深度学习技术构建了一个8个卷积层$+$4个池化层$+$1个全连接层的卷积神经网络, 对LAMOST Data Release 7 (DR7)星系的年龄和金属丰度进行自动估计. 实验结果表明, 使用卷积神经网络通过星系光谱预测的星族参数与传统方法基本一致, 误差在0.18dex以内, 并且随着光谱信噪比的增大, 预测误差越来越小. 实验还对比了卷积神经网络与随机森林回归模型、深度神经网络的参数测量结果, 结果表明卷积神经网络的结果优于其他两种回归模型.     

射电望远镜多目标观测策略优化

望远镜调度是望远镜运行中的关键组成部分, 用于辅助科研人员进行合理的观测计划安排, 提高望远镜的运行效率, 获取高质量的观测数据. 然而, 由于不同观测项目的科学需求不同, 望远镜的调度过程十分复杂. 针对短周期多目标的观测项目, 考虑望远镜换源时转动时长、观测高度角等因素进行建模, 采用贪心算法对中国科学院新疆天文台南山26m望远镜脉冲星到达时间观测列表进行调度. 通过模拟表明, 使用算法完成的观测列表可以有效地减少观测过程中的平均转动时长, 提升观测数据的质量, 提高望远镜时间利用率, 减少科研人员对观测列表编排的负担.     

均值漂移算法在LAMOST动态选星中的应用

将均值漂移算法运用于LAMOST动态选星过程,用以寻找局部天区内观测目标密度最高的区域进行观测.通过模拟试验分析了在不同的天区覆盖方法对均值漂移算法观测效率的影响,并与使用最大密度算法得到的结果进行了比较,证实了均值漂移算法的优越性.     

基于数值模拟的射电望远镜台址测风塔位置优选方法研究

射电望远镜天线结构设计和观测任务的正常进行都需要台址风场信息.随着望远镜性能要求的提高,天线结构设计越来越复杂,风载荷对天线观测时造成的指向影响也越发明显,如何在设计时保证结构刚度和强度,在观测时提高有效观测时间,都需要准确的风场数据.由于传统台址测风塔布置方法无法对测风塔拟设点的可靠性做出定量化评估,因此提出一种基于数值模拟优化测风塔位置的方法.数值模拟基于规范参数设置边界条件,与实测数据比较,整体趋势吻合,满足精度需求.对试验台址设置了4个测风塔位置,经分析P2点与天线位置的风速均方根误差值(root-mean-square error, RMSE)最小,测得的数据更能表征天线区域的风场特性.     

基于智能优化算法的小天体初轨确定

经典的初轨确定方法包括Laplace方法和Gauss方法以及它们的各种变化形式. 除这些经典方法之外, 基于当今光学观测数据的特点, 学者们也陆续提出了一些其他的初轨确定方法, 包括双r (目标距离观测者的距离)方法和可行域方法. 双r方法的一种实现方式是通过猜测某两个时刻(通常是定轨弧段的首、末时刻)目标离观测者的距离, 结合观测者在空间中的位置矢量, 即可求解相应的Lambert弧段作为目标轨道的初始猜测. 进一步, 以其他观测时刻的RMS (Root Mean Square)为优化变量可以改进初始猜测从而确定初轨. 可行域方法则是针对一组初始观测参数(包括赤经、赤纬及其变率), 根据一些初始假设将目标(离观测者的)距离及其变率约束在可行域内, 并通过三角划分逐步逼近的方式寻找到使观测RMS最小的猜测解. 针对一系列模拟观测数据以及实测数据, 将智能优化算法(粒子群算法)应用于这两种初轨方法, 并将结果与改进的Laplace算法的结果进行比较. 由于双r方法不仅可以用于短弧定轨还可用于长弧关联, 所以进一步给出了针对长弧段数据的关联结果.     

无需初值猜测的间接法小推力轨道设计

在间接法求解小推力轨道计算中,通过先选取合适的性能指标,并对小推力最优控制问题转化为两点边值问题的方程在开普勒轨道附近线性展开,有效增强了协态变量初值收敛性,使得该方法无需对协态变量初值进行反复的随机猜测,迭代过程也不需要人工干预,提高了轨道搜索应用中的计算效率.之后再对性能指标进行迭代优化,可获得逼近于Bang-bang控制的控制方案.     

基于斩波轮技术的K波段接收机噪声校准研究

接收机是射电天文中用于探测微弱射电信号的重要接收设备.接收机的强度校准就是将接收机对射电源的响应转换为天文意义上的流量密度.常规方法就是使用经典的冷热负载法,将接收机自身的强度响应转换为一个等效的温度值,之后再据此对射电源做进一步标定.通过搭建基于斩波轮技术的K波段接收机强度校准平台,使用斩波轮法测试K波段常温接收机的噪声温度,并与传统冷热负载法的测试结果进行比对.结果显示,在晴好天气条件下,斩波轮法在30°、90°仰角下噪声温度的最大测试误差为7.5%和8.4%,可以很好地应用于实际噪声温度测试中;但在5°仰角测试中,由于过低仰角引入了地面噪声,使得斩波轮法的测试误差上升至20%–30%之间而无法使用.希望在此基础上进一步开展K波段天空亮温度的理论计算与实测,从而完善斩波轮技术的应用,使之可以满足在不同气象条件下的噪声校准测试需求.     

利用3次方位观测天基初轨确定新方法

提出了一种适用于天基空间目标光学观测的初始轨道确定新方法. 通过对比地基和天基观测的几何构型, 分析了利用天基光学观测数据进行初轨确定时计算收敛到观测平台自身轨道的原因. 基于轨道半通径方程和改进Gauss方程, 推导出了斜距条件方程组的解析形式, 将天基光学观测的初轨确定问题转换为求解关于观测时刻斜距变量的非线性条件方程组的问题. 利用轨道能量约束减小了解的搜索区域, 消除了方程组的奇点. 最后利用天基实测数据验证并分析了非线性条件方程组根的性质, 利用低轨光学观测平台对低、中、高轨和大椭圆轨道空间目标的仿真观测数据验证了方法的有效性.