用于光学瞬变源搜寻的交叉证认快速算法

现代宽视场光学瞬变源巡天的大数据量特性和数据处理的高实时性要求,对利用星表交叉证认寻找瞬变源的方法提出了挑战.提出了一种基于等经纬分区建立空间索引的快速星表交叉证认算法.该算法通过对参考星表按相同经度和纬度间隔将视场所覆盖的天区划分为一个二维空间网格,并将二维网格直接与二维数组相对应,建立起星表的快速分区索引,从而实现处理速度的极大提升.算法的代码化测试结果为:对于天区覆盖为15°×15°记录条数为22万条的星表,在Intel Core i7 2600k CPU上的运行时间为0.3s,比多级三角划分算法(Hierarchical Triangular Mesh,HTM)快34倍.测试结果表明该算法能很好地满足,如地面广角相机阵这样的大型宽场瞬变源巡天项目的数据处理实时性需求.同时详细地分析了算法中各个参数的意义和优化方法,并对算法的特点和适用范围进行了深入的讨论.     

银道面附近若干天区变星搜寻

对新疆天文台南山1 m大视场天文望远镜观测的历史数据进行细致的数据挖掘,发现了百余颗变源。数据处理流水线为新疆天文台时域巡天数据处理包,该处理包同时考虑了测光系统内部权重和相关性,并结合快速混合算法编写。除去已知的变源,又发现了很多新的变源。对新变源证认的过程中,将结果与LAMOST, GCVS, VSX, GaiaDR2等星表进行交叉。在讨论部分,对各星表的使用情况给出了说明。最后发现这些新变源绝大部分是食双星,少部分是脉动变星,并有一颗表现相对复杂的变源。     

基于文件的大规模星表高效索引与融合

大规模星表的快速检索是交叉证认、多波段数据融合、暂现源搜寻等任务实现的基础,尤其是大视场暂现源搜寻需要在一个曝光周期内完成观测结果与大规模星表的检索与交叉证认,以发现正在变化的天体。现有的大规模星表通常包含数十亿天体,为了在有限内存的情况下对其进行快速检索,提出了一套解决方案。通过使用基于HEALPix的多分辨率动态划分算法,能够将星表按照不同天区天体密度切分成大小合适且均匀的星表文件;进而在开源序列化组件Protocol Buffers基础上设计出一套针对星表的序列化方案,作为星表切分和检索时的中间存储介质,以尽可能提高检索时的速度。还尝试应用Peano-Hilbert编号代替HEALPix原有Z型编号顺序遍历星表,提高了缓存命中率,实现了对大规模星表的高效融合,方便对数据的后续利用与研究。     

海量多波段星表数据的交叉证认的实现

许多天文学家需要星表来选源、证认和研究。目前国外有一些大的数据中心提供了星表查询、多源查询(即小样本交叉证认)、可视化等功能。但是随着大数据量及全波段天文时代的到来,这些服务已经越来越不能满足天文学家的需求。在详细分析了国外数据中心的服务后,提出了新的问题,并给出一套解决方案。着重讨论了任意两个星表的交叉证认和大数据量星表的交叉证认的实现,以及交叉证认结果的分类和参数的自由选择等方面的课题。     

海量星表融合系统（XMaS_VO）的设计与开发

将不同波段的星表、特别是巡天项目产生的大型星表进行交叉证认,一直是进行多波段天文学研究,尤其是数据挖掘、统计分析研究的瓶颈.本文开发和实现了一个不依赖于特定数据库的海量星表融合系统(简称为XMaS_VO),用户能够方便地使用此系统的服务进行星表的上传及自动入库、交叉证认等工作.此外,XMaS_VO具备可移植性,如果用户需要进行很大数量的或者大型星表的交叉证认服务,可以自己建立数据库,方便地将此工具移植到自己的服务器上,自己使用或者开放服务给他人.随着该系统的进一步发展和应用.天文学家将可以轻松自如地获得他们需要的多波段融合数据,自由地选取参数和匹配的结果.从而可以更加有效地从事海量数据处理和分析工作.     

变星及发射线星系的计算机自动搜索

本文发展了一套计算机自动证认、交叉比对的技术,应用于1989年9月至12月间北京天文台60/90cm施密特望远镜的CCD测光资料及GSC星表,由二个系统的V星等资料,在6个平方度内找到5颗变星;利用二个系统B颜色带宽的不同,进行发射线星系巡天,在3个平方度内找到15个致密核发射线星系.并讨论了本方法用于光变天体、包指数反常天体、位置移动天体、发射线天体巡天的可能性.     

中国虚拟天文台交叉证认工具的开发和应用

随着空间和地面巡天项目的发展,天文数据呈指数增长,天文学已发展到全波段的天文学时代.为了应对形势的需要,虚拟天文台应运而生.为了使天文学家做起科学来更方便快捷,虚拟天文台项目开发了各种实用工具.在数据融合方面,中国虚拟天文台项目开发了交叉证认工具.该工具主要实现了两个服务:一个是服务器端两星表交叉证认;另一个是用户上传星表与服务器端星表交叉证认.前者两星表直接进行交叉证认,后者则先将本地数据自动入库再进行交叉证认.程序还实现了对交叉证认结果的分类和参数的自由选择等功能,以及与可视化工具VOPlot的集成.该工具以客户端/服务器端模式的web网页形式发布.此工具为多波段数据融合提供了便利,是对两个大星表交叉证认工作的预研究.在以后的工作中,将不断地更新和完善该工具,并将在此基础之上进一步开发统计分析和数据挖掘等工具.     

大视场光学瞬变源认证系统的设计与实现

我国的大视场光学瞬变源巡天设备地基广角相机阵每2.5 min机器初步筛选出近千个瞬变源候选体,这些瞬变源候选体可能为超新星、变星、移动天体或者是噪声等。为进一步对瞬变源候选体进行管理和详细地筛选与认证,提出了基于网络开发框架的Django平台实现后台数据库管理和前端网页交互展示功能的光学瞬变源认证系统的设计方案。通过研究,本方案主要具备对瞬变源候选体的管理;光变曲线处理与展示;与已知多个类型天体星表的交叉进行分类;同时提供人机交互的人工认证界面接口等功能。得益于Django框架的优秀特性,系统无需额外的开发,即可提供良好的命令方式交互接口,方便科学家通过Django的接口对数据库进行面向对象的操作。通过将系统应用于我国已建成的迷你地基广角相机阵的观测数据测试,结果表明系统能将瞬变源候选体进行正确的分类与认证,为科学家对瞬变源候选体的后期认证提供了丰富的信息和方便实用的操作工具。同时,系统对于其它类似的瞬变源巡天项目也具有同样的实用意义。     

GWAC海量星表数据处理的数据库系统选型研究

为应对我国的宽视场地基广角相机阵在大数据管理和实时处理上带来的挑战,提出一种基于列存储数据库Monet DB的时序数据处理与管理系统设计方案。本方案充分利用Monet DB兼具数据处理和管理于一体的数据库平台特点,通过将交叉认证等核心数据处理算法内嵌于数据库中,从而实现将"计算带到数据中"的设计理念。同时,对本方案开展了多项关键技术的研究与测试:TPC-H基准性能测试;大数据加载能力测试及优化研究;基于Monet DB的Zone算法实现与测试;可定制函数开发功能的测试。初步的预研结果表明,列存储切实可行,同时对本设计方案作详细的介绍。提出的基于列存储Monet DB数据库设计的海量星表数据处理应用方案,是高效的数据处理与管理为一体的天文数据库解决方案。     

使用威斯特波克射电望远镜对古代东方“客星”射电遗迹的探测

作者使用威斯特波克射电望远镜在610兆赫频率上对古代东方天文学家观测到的“客星”的七个视场区(1~o.5×1~o.5)进行了射电遗迹的巡天探测,结果没有发现弥漫射电辐射。本文给出了在这些视场区中的分立射电源的表,表中列出作者提出的这些射电源|b|<15°以內的光学证认。     

ROSAT选射电源的性质：Ⅰ.样本

ＲＯＳＡＴ卫星的全天巡天观测到了一大批射电星系和各种活动星核,为我们研究这些活动性剧烈的河外天体的辐射机制、多波段辐射相关性以及各类星系核之间的演化联系提供了重要数据。通过将ＲＯＳＡＴ全天巡天观测与ＰＭＮ射电（５ＧＨｚ）巡天观测进行交叉证认,我们得到了６４２颗天射电源。对这些对应体随后进行的光学证认构建了一个星系和活动星系核的大样本。其中３１１个对应体（占５２％）被过去的光学观测证实为河外天体（包     

ROSAT巡天X射线选活动星系核的光学证认

获得完备的样本一直是类星体统计分析工作中至关重要的第一步。类星体巡天选择候选体的方法主要有射电波段筛选、色指数筛选、无缝光谱筛选、X射线波段筛选、对红外源或变源进行筛选和零自行的方法。单独运用任一方法都有选择效应,采用多波段方法可以极大地提高样本的完备性。阐述了使用多波段方法选择活动星系核样本的研究现状,提出多波段类星体巡天方法和选源判据,给出ROSAT巡天中F.1002,F.Coma,F.836和F.Leo 4个天区以及空源的15年来X射线选活动星系核的选源和光学新证认的AGN结果,表明多波段类星体巡天方法能有效地提高观测效率。     

低频射电望远镜阵列宽视场成像技术研究

低频射电望远镜阵列宽视场成像正面临着一系列难点问题,其中最关键的问题是非共面基线效应.它的存在使得忽略w项将导致最终图像出现畸变,且随着视场的增大而加重.综述并剖析了几种w项改正算法及其技术原理,并分析了它们的计算成本和计算复杂度,进而分析比较了它们的优缺点.以平方公里阵(Square Kilometre Array,SKA)射电望远镜第1阶段低频阵列为研究对象,选取faceting和w-projection成像算法进行了仿真实验.与传统的二维傅立叶变换成像算法进行对比,分析了它们的成像质量和正确性,结果表明这两种算法在宽视场成像方面均明显优于二维傅立叶变换方法.还具体分析了分面(facet)的数目对faceting成像质量和运行时间的影响,以及w步数对w-projection成像质量和运行时间的影响,表明facet数目和w步数的选择必须合理.最后,分析了数据量大小对这两种成像算法运行时间的影响,表明这两种算法在进行海量数据处理前,需要作算法优化改进.研究结果为后续进一步综合分析宽视场成像技术以及这些技术的实用性研究提供了有价值的参考.     

一种基于二维算法的新颖的多目标光纤光谱数据处理流程

郭守敬望远镜(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope,LAMOST)、斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)、英澳望远镜(AngloAustralia Telescope,AAT)等大多数多目标光纤光谱望远镜现用的数据处理流程都是基于一维算法的.以LAMOST为例提出多目标光纤光谱数据处理流程方法.在LAMOST现用数据处理流程中,在预处理过程之后,通过基于一维模型的抽谱算法从二维观测目标光谱数据中得到一维抽谱结果作为中间数据.后续的处理步骤都基于一维模型的算法.然而,这种数据处理流程不符合观测光谱的形成机理.因此,在每个步骤中都引入了不可忽略的误差.为了解决这一问题,提出了一种还未被用于LAMOST及其他望远镜数据处理系统的新颖的数据处理流程.重新设计安排了各个数据处理模块的顺序,各关键步骤算法都是基于二维模型的.核心算法将详细论述.此外,列出了部分实验结果来证明二维算法的有效性和优越性.     

2.4m望远镜观测目标查询系统的建立

为提高观测效率,节约运行成本,云南天文台将建立一套2.4 m望远镜远程观测系统.2.4 m望远镜观测目标查询系统作为远程观测系统的一个重要组成部分,它支持国际虚拟天文台通用的VOTable格式;它提供丰富的星表检索,并生成模拟星图和目标列表,同时还具备了交叉证认,距离计算等辅助功能.     

混合w-facets成像并行算法研究

大视场成像是低频射电干涉阵列数据处理的核心技术,也是实现未来平方公里阵射电望远镜(square kilometre array, SKA)宏伟科学目标的基础手段。为了改善uv-faceting和w-projection这两种大视场成像算法,研究了它们之间的混合算法(称为w-facets);此外,为了加速该混合算法,提出基于多核CPU和GPU的并行算法。验证性实验表明,与uv-faceting算法相比,该混合算法每束光能降低4 mJy噪声水平,图像的动态范围最高提升2.34 dB;并且,在图像质量最好时,与目前在澳大利亚默奇森宽视场阵列(Murchison widefield array, MWA)项目数据处理中广泛使用的w-stacking算法的结果基本一致。性能测试结果表明,基于多核CPU的并行算法在一定线程数范围内,具有良好的可拓展性,当分面数与线程数相等时,加速效果最佳;基于GPU的并行算法加速比高达201.8倍,是多核CPU的并行方法最佳结果的8.9倍左右。这些研究成果能够为即将开展的大视场成像相关科学任务,提供有力的技术支撑和参考价值。     

球状星团M79天区169颗恒星的位置和自行归算及其成员概率

使用上海天文台佘山40cm折射望远镜拍摄的底片资料,对球状星团M79中心附近15’×15’天区内106颗恒星和63颗Tycho-2星,以《Tycho-2星表》中M79附近1°×1°天区内上述63颗Ty cho-2星的位置和自行为参考,归算得到了所有169颗恒星的位置和自行,并估计了其成员概率。     

基于图像相减和随机森林的AST3巡天暂现源及变源搜寻方法

AST3-2 (Antarctic Survey Telescopes)光学巡天望远镜位于南极大陆最高点冰穹A,其产生的大量观测数据对数据处理的效率提出了较高要求.同时南极通信不便,数据回传有诸多困难,有必要在南极本地实现自动处理AST3-2观测数据,进行变源和暂现源观测的数据处理,但是受到低功耗计算机的限制,数据的快速自动处理的实现存在诸多困难.将已有的图像相减方案同机器学习算法相结合,并利用AST3-2 2016年观测数据作为测试样本,发展一套的暂现源及变源的筛选方法成为可行的选择.该筛选方法使用图像相减法初步筛选出可能的变源,再用主成分分析法抽取候选源的特征,并选择随机森林作为机器学习分类器,在测试中对正样本的召回率达到了97%,验证了这种方法的可行性,并最终在2016年观测数据中探测出一批变星候选体.     

不同演化阶段的分子云与恒星形成的研究

利用Ｍａｓａｃｈｕｓｅｔｓ－ＳｔｏｎｙＢｒｏｏｋ的１２ＣＯ的分辨率为４７″的银道面巡天和ＩＲＡＳ的分辨率为１５′的红外巡天图像资料,系统地进行了ｌ＝８°～３８°,ｂ＝－１°～＋１°天区内不同分子云演化阶段与恒星形成过程的对比研究．将上述天区划分成３０个小区,通过图像处理,得到了每个小区的ＣＯ（１－０）和波长６０μｍ上远红外发射的空间分布,计算出相应天区的分子云复合体的红外色温度和光深分布,结合ＩＲＡＳ红外点源和ＨＩＩ区星表,把分子云从年轻到年老的演化阶段分成四大类,分析了它们的主要特征以及与恒星形成过程的关系．文章最后对超致密ＨＩＩ区和原恒星候选体沿银经的分布,以及ＨＩＩ区和原恒星候选体与分子云成协的比例进行了统计研究,再次说明在银河系中恒星形成活动仍在不断地发生和进行．     

OTA图像天体测量结果的WCS-SIP参数表达

为了在OTA(Optical Telescopes Array)巡天项目中发现特定源的位置或者光度的变化,需要将观测图像中的目标与星表或不同历元的历史数据进行交叉比对,这就需要知道图像中目标的天球坐标.一种基于矩阵计算的方法被用于将OTA已有的底片常数变换至WCS(World Coordinate System)和SIP(Simple Imaging Polynomial)参数,并将这样的映射关系记录到OTA的FITS(Flexible Image Transport System)图像中以便于利用.在此过程中改进了OTA的天体测量方法.在此基础上对OTA天体测量中的一些问题进行了讨论.