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脉冲星计时阵列与纳赫兹引力波探测

科学通报 2024年第17期69卷 2330-2335页

作者：梁迪聪邵立晶北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871 中国科学院国家天文台北京100012

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年提出广义相对论,并在一年后就预言了引力波的存在.引力波可被看作时空的“涟漪”,几乎不与其他物质相互作用,因此能够在宇宙中自由穿梭.20世纪60年代,作为引力波探测的先行者,约瑟夫·韦伯(... 详细信息

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年提出广义相对论,并在一年后就预言了引力波的存在.引力波可被看作时空的“涟漪”,几乎不与其他物质相互作用,因此能够在宇宙中自由穿梭.20世纪60年代,作为引力波探测的先行者,约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)曾宣称通过共振棒直接探测到了引力波.因为他的实验结果无法被他人重现,因而未被广泛承认.直到2015年9月14日,美国的激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,LIGO)通过激光干涉的方法,首次直接探测到了引力波[1].

关键词：引力波探测脉冲星计时阵激光干涉引力波天文台广义相对论

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宽视场条件下红黑树中心局域化加速的星图匹配技术

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光学学报 2024年第12期44卷 206-216页

作者：刘德龙杨文波柳鸣孙建南中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站光电观测研究室吉林长春130117

较宽视场的星图匹配往往存在数据量巨大、边缘效应明显等问题进而影响计算的速度和精度。本文采用放大中心视场并优先处理的思想进行程序加速,并采用三次底片常数拟合匹配数据,减小宽视场观测中边缘视场处目标的定位误差。在实际的算法... 详细信息

较宽视场的星图匹配往往存在数据量巨大、边缘效应明显等问题进而影响计算的速度和精度。本文采用放大中心视场并优先处理的思想进行程序加速,并采用三次底片常数拟合匹配数据,减小宽视场观测中边缘视场处目标的定位误差。在实际的算法实现中,采用了基于红黑树的动态数据结构适配于中心视场的扩大;并应用GeoHash编码技术进行全域星象匹配。实验结果显示:三角形的匹配时间相较于原始算法减少了70.68%;在计算准确性上与系统原装软件的误差在亚像素水平;激光星轨道关联实验显示,关联差均在20″以内。长达一个月的实测结果表明,本文提出方法成功匹配了多达65万帧图像,识别准确率超过90%,平均每个观测夜识别到的目标达到580个。

关键词：星图匹配天文定位 GeoHash编码红黑树宽视场

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南极冰穹A的天文台址测量进展

极地研究 2024年第1期36卷 1-11页

作者：商朝晖胡义中国科学院国家天文台北京100101

越来越多的观测证据表明,昆仑站所在的冰穹A地区在光学、红外和太赫兹等波段都有着地面最佳的天文观测条件。它具有优异的自由大气视宁度,极低的可沉降水汽含量,非常暗的夜天光背景,以及连续数月的极夜可观测时间等。通过对最近17年的... 详细信息

越来越多的观测证据表明,昆仑站所在的冰穹A地区在光学、红外和太赫兹等波段都有着地面最佳的天文观测条件。它具有优异的自由大气视宁度,极低的可沉降水汽含量,非常暗的夜天光背景,以及连续数月的极夜可观测时间等。通过对最近17年的工作总结,着重介绍冰穹A全面的台址测量工作,并展示测量结果以及最新的进展。

关键词：天文选址光学红外冰穹A

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基于无量纲的轨道参数开展卫星性质统计研究

天文学报 2024年第1期65卷 106-116页

作者：王吉绯王炜中国科学院国家天文台光学天文重点实验室北京100101

目前已发现了285颗围绕太阳系八大行星公转的卫星,它们的轨道和物理性质呈现了丰富多样性.目前为止,几乎所有的卫星研究工作都基于单个卫星系统或者卫星群,似乎缺少统一的研究.提出了一个新的与行星性质无关、只与恒星半径有关的轨道参... 详细信息

目前已发现了285颗围绕太阳系八大行星公转的卫星,它们的轨道和物理性质呈现了丰富多样性.目前为止,几乎所有的卫星研究工作都基于单个卫星系统或者卫星群,似乎缺少统一的研究.提出了一个新的与行星性质无关、只与恒星半径有关的轨道参数n,定义为以太阳半径为单位的轨道半长轴的自然对数.不同行星的卫星的n值都存在双极分布,绝大部分卫星在n≥2区间,其次在n≤-1区间,位于中间区域的行星则很少.从卫星物理参数和轨道参数与n的关系中发现,分属六大行星的卫星有明显的共同特征.首先,轨道偏心率和轨道倾角偏大的卫星的n值都在3.5左右,它们都是巨行星的不规则卫星.其次,n值在-1和1之间的卫星绝大部分体积大、质量大、反照率高、自转速度慢.从文献中找到11颗系外卫星候选体,获得了它们轨道n值和卫星质量,发现后者也是在-1

关键词：行星和卫星:基本参数行星和卫星:形成行星和卫星:动力学演化和稳定性原行星盘太阳系外卫星

射电天文台址区域化干扰电平阈值量化及其应用

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 150-158页

作者：蔡明辉刘奇董晓玉马凌王娜苏晓明中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011

为高效分析与评估台址周边辐射源对天文观测的影响,本文提出一种台址区域化干扰电平阈值量化方法.建立台址地形模型并进行网格划分,采用高效网格检索算法实现台址区域任意位置(网格)至望远镜的相对地形数据提取.在此基础上,选取适应于... 详细信息

为高效分析与评估台址周边辐射源对天文观测的影响,本文提出一种台址区域化干扰电平阈值量化方法.建立台址地形模型并进行网格划分,采用高效网格检索算法实现台址区域任意位置(网格)至望远镜的相对地形数据提取.在此基础上,选取适应于台址地形特征的电波传播算法,计算台址区域任意位置至望远镜的电波传播损耗,依据望远镜馈源口面干扰电平限值及旁瓣增益,实现台址区域干扰电平阈值量化,并应用于QTT台址,为射电望远镜电磁兼容性设计、台址无线电管理、干扰缓解策略提供重要技术支撑.

关键词：射电天文区域网格干扰电平阈值

基于漂移扫描CCD技术的南极时域天文观测阵原型机的设计与实现

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第8期54卷 111-123页

作者：祝杰周丹郑立新曹建军药新雨陈国平于涌葛健唐正宏潘翔杨臣威姜鹏中国科学院上海天文台上海200030 中国极地研究中心上海200136

大视场快速巡天是时域天文学研究的重要观测手段,南极地区每年数月连续黑夜使其成为短时标时域天文学观测的理想台址.在南极工作的光学望远镜需要应对极低气温、无人值守、供电和网络传输受限等严峻挑战.针对上述情况,设计并研制了基于... 详细信息

大视场快速巡天是时域天文学研究的重要观测手段,南极地区每年数月连续黑夜使其成为短时标时域天文学观测的理想台址.在南极工作的光学望远镜需要应对极低气温、无人值守、供电和网络传输受限等严峻挑战.针对上述情况,设计并研制了基于漂移扫描CCD技术的南极时域天文观测阵原型机,其基本思路是:(1)在大视场光学望远镜上安装具有漂移扫描功能的CCD相机,无需驱动机构也能探测到暗弱天体,系统可靠性高;(2)将整个光学望远镜系统和控制处理计算机放置在一个有封窗玻璃和加热设备的可控温圆顶内,系统无需耐低温元器件,建造成本低;(3)在本地进行图像预处理,只将处理结果通过网络发回国内,无需高速网络;(4)利用CCD相机和计算机工作时的散热作为辅助加热措施,能源利用率接近100%,系统功耗较低.2022年10月,口径18 cm的原型机跟随中国第39次南极科考船前往南极中山站,在南极低温环境下已稳定可靠运行大半年,即使面对南极中山站恶劣天气环境(本观测季最低气温-37.3℃,最高风速38.6 m/s),原型机运行稳定,像质优异,体现了漂移扫描CCD技术在极地天文观测领域应用的巨大优势.原型机的试验观测结果为后续在南极建设时域天文观测阵奠定了坚实基础.

关键词：南极时域天文学 CCD漂移扫描技术可控温圆顶远程控制

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3 m法电波暗室测量平台及其应用

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 159-168页

作者：刘奇蔡明辉刘晔王玥陈卯蒸王娜苏晓明董晓玉马凌中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011

围绕奇台110 m射电望远镜电磁兼容测量及电磁防护设计需求,建构了3 m法电波暗室测量平台,为大型射电望远镜电磁兼容性设计及其性能测量验证提供重要的数据支撑和技术支持.首先,阐述了3 m法电波暗室测量平台的组成、测量系统及相关设备... 详细信息

围绕奇台110 m射电望远镜电磁兼容测量及电磁防护设计需求,建构了3 m法电波暗室测量平台,为大型射电望远镜电磁兼容性设计及其性能测量验证提供重要的数据支撑和技术支持.首先,阐述了3 m法电波暗室测量平台的组成、测量系统及相关设备性能参数、测量系统链路配置、测量方法等,具备屏蔽效能测试、辐射发射测量和辐射抗扰度测量能力,并分析了采用GJB 151B和GB/T 9254标准开展辐射发射测量结果的差异性.在此基础上,给出了该测量平台的实际应用考虑及应用实例,为国内大型射电望远镜电磁兼容设计提供重要技术支撑.

关键词： 3 m法电波暗室电磁兼容测量系统辐射发射测量

超宽带脉冲星信号采集与处理架构设计及功能验证

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第1期54卷 85-97页

作者：裴鑫李健段雪峰张海龙中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 新疆微波技术重点实验室乌鲁木齐830011

采用超宽带观测系统对于提升脉冲星到达时间精度具有显著效果,但超宽带接收系统所产生的超高速数据流对终端系统的实时传输、分发和处理形成了较大挑战.本文以QTT规划的S波段超宽带接收系统为对象,采用先进的射频信号直接采集和混合架... 详细信息

采用超宽带观测系统对于提升脉冲星到达时间精度具有显著效果,但超宽带接收系统所产生的超高速数据流对终端系统的实时传输、分发和处理形成了较大挑战.本文以QTT规划的S波段超宽带接收系统为对象,采用先进的射频信号直接采集和混合架构多功能天文计算模型设计了脉冲星信号采集与处理系统架构.采用一块RFSoC平台将宽带模拟信号分为2个模拟子带进行采集,然后信道化为多个数字子带并通过2个100 Gb网络端口分发至多个HPC处理节点进行实时处理,可实现3 GHz宽带信号的同步采集和多功能处理,系统架构简洁、可扩展性强.对射频信号分段采集、100 Gb网络多路分发、VDIF数据格式封装等功能进行了测试,并开展了单子带脉冲星观测实验.

关键词：数字终端超宽带脉冲星高精度计时射频直接采样

基于CNN与LSTM复合深度模型的恒星光谱分类算法

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1668-1675页

作者：李浩赵青崔辰州樊东卫张成奎史艳翠王嫄天津科技大学人工智能学院天津300457 中国科学院国家天文台北京100012

恒星光谱分类是天文学领域中非常重要的研究方向。随着科技的迅猛发展,大型巡天望远镜采集的恒星光谱数据已经达到了TB或甚至PB级别,传统的分类方法已经无法满足如此庞大数据量的处理需求。正确分类光谱对于研究恒星的物理性质以及演化... 详细信息

恒星光谱分类是天文学领域中非常重要的研究方向。随着科技的迅猛发展,大型巡天望远镜采集的恒星光谱数据已经达到了TB或甚至PB级别,传统的分类方法已经无法满足如此庞大数据量的处理需求。正确分类光谱对于研究恒星的物理性质以及演化过程具有重要意义。CNN通过卷积运算学习数据的局部特征,去除冗余信息,并通过最大池化运算对特征进行压缩。然而,由于原始CNN模型的全连接层缺乏长距离依赖挖掘的功能,如果加入LSTM网络,通过其独特的三个“门”的远距离依赖挖掘能力可提取的重要特征,并检测特征中的微小差异,恰好可以解决这个问题。因此,提出了一种基于CNN和LSTM复合的深度模型,用于对LAMOST DR8中的恒星光谱进行分类。这种模型能够更好地学习恒星光谱的特征,为恒星演化研究提供了重要的帮助。为了提高模型的收敛速度,使用了常见的Z-Score标准化方法对数据进行处理。提出的模型在F、G、K三分类实验中取得了94.56%的分类准确率。同时,与前人使用过的RBM、PILDNN、PILDNN、DBN、Inception v3、1D-SSCNN、LSTM方法进行对比,结果表明该方法具有更高的分类准确率。在十分类实验中,该方法取得了97.35%的准确率,并且相比于仅使用LSTM、1D-SSCNN方法的实验结果,该方法的结果更好,且训练时间减少了近十倍。使用F1-score对每类恒星光谱分类准确度进行说明,在三分类和十分类实验中,每类的F1值都在0.9以上。与前人在文献中的实验结果进行对比,该模型的结果更好。通过混淆矩阵的结果,可以得出该模型在光谱种类越多的实验中准确率越高,甚至可以达到100%。综上所述,所提出的基于CNN和LSTM相结合的模型可以有效地对大规模恒星光谱数据进行分类,并取得了优异的分类效果。

关键词： LAMOST 恒星光谱分类卷积神经网络长短期记忆网络 Z-Score标准化