红红外空间天文发展

红外天文是天文学的一个重要组成部分。自从红外辐射被发现以来,科学家一直在努力用红外技术探索浩渺遥远的宇宙,并取得一系列卓越的成果。回顾了红外天文发展的历程,综合介绍了美国、欧空局成员国、日本等国典型的红外天文望远镜及其重要成果,以及不久即将发射的红外天文空间望远镜。最后总结了红外天文发展的特点和趋势,并且对我国红外天文的发展路径做出了分析讨论。

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。

光学瞬变源后随观测系统设计与应用

近年来,国内外陆续建设并投入运行了多台巡天光学观测设备,产生了海量观测数据,发现并证认了许多具有较高研究价值的瞬变源。因为瞬变源增多和望远镜观测资源有限,为提升清华大学-马化腾巡天望远镜后随观测响应能力,该文设计了新疆南山瞬变源后随观测系统(SNOVA)。该系统采用商业化配件,在统一的控制架构平台基础上,技术人员经系统选型与软硬件安装联调,实现了自动化观测运行。系统为瞬变源后随观测提供了高质量数据,有助于进一步了解天体目标的物理参数与演化性质,同时也为开展远程观测提供了一种有效途径。

嫦娥三号月基光学望远镜图像中的宇宙线识别

宇宙线事件是CCD和CMOS空间探测图像中普遍存在的现象,对目标的识别和提取造成了干扰。对于空间天文观测图像,提出了一种基于天文位置定标的识别算法,并在230帧嫦娥三号月基光学望远镜的CCD图像中,共检测到29731例宇宙线事件。与传统的拉普拉斯算法相比,本算法检测到的宇宙线事件总数多11.14%,多出的部分主要是形态与星像类似的宇宙线事件;在拉普拉斯算法检测到的样本中,98.07%可被本算法检测到;对本算法没有检测到的1.93%样本进行了检查,发现其中48.64%为恒星星像,是错误识别。分析统计了宇宙线事件在月基光学望远镜CCD靶面上的电子沉积分布,和哈勃太空望远镜的两个CCD探测器的结果对比,发现两者形态类似,但前者的峰值略高;进一步分析了宇宙线事件入射角度在CCD靶面上的二维分布,发现在两个方向上有明显超出,可以理解为探测器在嫦娥三号着陆器内部等效铝厚度较小。最后,本文提取出所有识别出的宇宙线事件的形态,建立了“CCD探测器宇宙线实体样本库”,可为空间天文望远镜图像仿真系统提供依据。

面向GWAC系统的流星候选体识别算法

地基广角相机阵的超大视场每天可观测数百个流星体,有效识别这些流星体可以为流星的科学研究提供重要的科学数据。针对地基广角相机阵这一类超大视场测光巡天系统在流星识别时遇到的不能有效区分流星与其他移动目标的问题,设计和实现了一个流星候选体识别算法,该算法主要包含流星轨迹识别和光变曲线形态分析两部分。识别算法对Mini-GWAC约两个月的图像进行处理,提取10.9万个移动目标轨迹,其中90%以上属于非流星目标。分析午夜时间段内流星目标高斯拟合曲线的α参数,发现大部分单峰流星目标的光变曲线波峰随图像像素位置呈慢速变化趋势。综合流星的单帧特性、光变曲线的单峰结构特征和光变曲线的慢速变化特性进行过滤,最终得到4.1%的高精度流星候选体。经过人工检查确认,4.1%的流星候选体中有85%~87.3%的目标符合流星的形态及亮度特征。

对2015年9月28日月全食期间月基光学望远镜图像中宇宙线事件的分析研究

2015年9月28日月基光学望远镜(Lunar-based Ultraviolet Telescope,LUT)在任务期间经历了唯一一次完整的月全食过程,为研究地球对太阳光的几何遮挡是否会对月面辐射环境产生影响提供了难得机遇。首先,利用月食期间连续长达2 h 27 min的电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)天文观测图像,统计分析了月食期间的宇宙线事件计数,发现月食期间宇宙线计数不存在明显变化,在30 s曝光时间内,宇宙线事件平均计数为129.27(±15.78);其次,分析了8月、10~12月采集的CCD暗场图像中的宇宙线事件计数,分别为119.92(±6.37)次、117.00(±10.90)次、118.61(±8.94)次和123.90(±8.92)次,在1σ误差范围内,与月食期间的宇宙线事件计数一致,说明地球对太阳光的几何遮挡对月面辐射环境没有产生明显影响。最后对以上结果进行了分析讨论。

广角望远镜实时自动调焦的清晰度评价方法

SVOM天文卫星附属的地基广角相机阵(GWAC)含有36个广角望远镜,其短时标的高精度自动观测建立在实时自动调焦的基础上,本文将对广角望远镜实时自动调焦的图像清晰度评价方法进行研究和实现。文章首先比较研究了常用望远镜图像清晰度评价方法的原理及在GWAC系统上的适用性,得出基于星像能量集中度的两种方法:星像50%能量半径、PSF的FWHM值适用于GWAC系统。区别于常用天文软件包IRAF费时的算法,本文提出了基于点源强度分布进行PSF拟合计算FWHM的方法,并进一步探究了诸如拟合模型、选星标准、定心精度、拟合半径、插值方法、插值间隔、FWHM后处理等关键方法参数对FWHM计算精度与速度的影响。最终得到一套适用于GWAC实时自动调焦的清晰度评价方法,并用C++编程实现。本文中方法 FWHM计算误差为0.046pixel,精度与IRAF相当,计算焦点位置一致;单图(挑选后约300颗星)计算时间为0.67s,约为IRAF计算时间的1/20,满足GWAC系统自动调焦的精度与实时性需求。研究结果在GWAC系统中得到应用,并可为其他自动化望远镜观测系统提供参考。

基于模糊聚类的大视场地基光学天文图像薄云识别与分析

为了提高天文观测的效率,需要对夜间地基光学天文观测中薄云的识别和影响程度评估的算法进行研究。首先,分析了云对地基光学天文观测的影响和传统地基云图的算法后,选取大视场地基光学天文设备地基广角相机阵(GWAC)的图像进行研究。其次,通过GWAC图像的灰度分布等特性的对比分析,选取模糊C均值聚类(FCM)算法处理受薄云影响的GWAC图像。然后,应用FCM算法,通过重复多组实验,选定合适的聚类层次数、迭代次数和平滑因子等关键参数。最后,将FCM算法结果与传统天文学的恒星消光方法进行比较。设置平滑因子为1.5,聚类层次数为5,经过10次循环迭代计算后,FCM算法将夜晚的天空背景聚类成5个层次。层次分布结果与目测云层厚度分布相符,且与更精确的传统天文学恒星消光方法的结果也吻合。对于大视场地基光学天文图像中的薄云,FCM算法可以有效地识别并分析出其厚薄分布结构,即能对薄云的影响程度进行分级评估。此FCM算法有望结合更大视场的鱼眼镜头和CCD相机的监测设备,研发出一类自动监测和实时评估云层分布和影响程度的专用设备,提高地基光学天文观测的效率。

基于能量集中度的广角望远镜自动调焦快速清晰度评价算法

地基广角相机阵由36个广角相机拼接组成,主要观测目标为光学瞬变源,具有超大视场、高时间采样率、实时数据处理的技术特点。实时自动调焦对于系统自动化观测与提高科学产出至关重要。自动调焦的核心目标为提高图像的能量集中度,目前常用评价指标如星像50%能量半径、点扩散函数的半高全宽均存在计算量过大的问题。基于地基广角相机阵调焦过程中星像中心区域能量变化大、星像总流量及分布范围基本不变这一点,提出了通过统计中心区域流量占星像总流量百分比的快速清晰度评价算法,并对两个流量孔径展开详细研究。进一步对算法中流量计算方法进行简化,细化了背景取值、选星标准、选星数目等对算法有影响的参数,最终确立了一套适用于地基广角相机阵系统实时自动调焦的清晰度评价算法。算法结果准确,单图运算时间在0.1 s左右,满足系统快速自动调焦的需求。

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.

龙虾眼X射线光学器件的曲率半径统计规律

Angel型龙虾眼微孔光学(MPO)器件的独特之处在于其具备出色的4π立体角聚焦能力和最优的有效面积-质量比之一。其需要经过球面热成型处理,形成曲率半径球面,确保器件上百万量级反射X射线的微通道指向会聚于曲率中心一半位置处。因此MPO器件的X射线及光学性能与器件的曲率半径息息相关。本文对空间先导专项二期项目爱因斯坦探针宽视场望远镜所使用的468片MPO器件的曲率半径,分别采用X射线束流测试装置和自准直望远镜进行了测试,并分析了其统计特性。分析结果表明,在镜片热弯过程中,X射线球面曲率半径大于光学曲率半径,其差值存在两个峰值,分别为0.68%和1.52%。这表明X射线曲率半径和光学曲率半径存在不一致性;MPO器件的X射线曲率半径存在不均匀性,全片平均X射线曲率半径和镜片中心指向曲率半径相差0.50%。这表明后续需要进一步研究热成型相关工艺,提高球面的成型精度。

轻量化扇形X射线微孔器件研制及性能测试

扇形X射线微孔器件(MPOS)是一种新型的X射线聚焦器件。相较传统微孔聚焦器件,其具有集成度高、轻量化等优势,在空间X射线探测方面具有应用前景。基于MPOS聚焦理论,设计并研制出MPOS聚焦器件,其微孔内壁粗糙度为0.4~0.5 nm,微孔排列精度约为5.5%。使用点对点X射线测试平台对器件的聚焦能力进行检测,结果表明,在工作电压为5.0 kV,电流为0.1 mA条件下,聚焦焦斑形貌为清晰的类六角星形,角分辨率为7.7′@1 keV。

迭代模型在空间项目地面系统的应用

为了解决传统的瀑布模型面对具有创新性和探索性的空间项目地面应用系统的不适应性问题,本文采用了基于RUP开发方法和分阶段发布策略的迭代模型,并将此方法应用到中方天文卫星(SVOM)科学应用系统中.通过将系统分成3个逐步演变且可以交付使用的系统,与卫星系统研制流程同步,实现地面系统在研制阶段的无缝连接和平滑过渡.同时通过对需求管理工作流程的定义,解决了在原型系统阶段需求识别的一大难题,使得研制工作更加高效合理,最大限度地支持卫星各阶段的定标和测试工作,实现天地同优.