LAMOST二维光谱数据处理方法研究与软件开发

摘要

多目标光纤光谱技术的使用和发展促进了现代天体物理学研究的巨大进步。天体光谱是包含着天体重要物理信息的载体，已经成为天文学和天体物理研究的重要工具。获得大量天体光学光谱，是大视场、大样本天文学研究的关键，涉及到天文学和天体物理学领域诸多前沿问题。正在建造的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜将产生大量的天体光谱数据。面对这些海量数据，如何进行快速有效处理的问题就摆在我们面前。LAMOST 二维光谱数据处理作为 LAMOST 天文光谱数据处理的重要组成部分，为进一步的光谱识别和分析并最终获取天体的各种物理信息提供可靠的数据来源。 本文从LAMOST观测流程出发，研究LAMOST光谱数据的形成机理，参考国外成熟望远镜的数据处理系统，研究LAMOST二维光谱数据处理方法并开发处理软件。论文主要工作和创新有： 根据实际观测流程建立 LAMOST 观测物理模型和数学模型，参照 LAMOST设计参数产生了LAMOST观测模拟数据。为 LAMOST二维光谱数据处理方法的研究，并验证方案的可行性，提供了测试数据。 研究了美国SDSS的数据处理系统，根据LAMOST观测流程，确立了LAMOST 天文望远镜的二维光谱数据处理流程，研究完成了“LAMOST 二维光纤光谱数据处理软件 1.0 和 2.0 版本”的开发。并用模拟数据进行了测试。实现了 LAMOST 二维光谱数据处理的基本功能。 在多目标光纤光谱观测中，目标光谱受到了天光的严重干扰，减天光方法直接影响目标天体真实光谱的获取质量，这是二维光纤光谱数据处理的一个重点和难点问题。考虑到观测天区里天光背景的存在空间差异，而现有方法忽略了天光谱的这种空间差异，仅用有限天光采样光纤光谱的简单合成代替整个观测天区的天光，直接影响了多目标光纤光谱的减天光精度，这也是影响光纤光谱观测深度的最主要原因。本文根据天光采样光谱及其空间位置信息，提出了一种基于 B 样条曲面拟合天光谱的减天光方法，并进行了初步的模拟实验，结果表明，该方法能更有效地消除天光背景的空间差异导致的减天光误差。 单幅二维光谱图像宇宙线自适应剔除算法的研究。提出一种单幅光谱 CCD图像宇宙线去除方法。先采用一种改进的自适应中值滤波算法识别出可能被宇宙线污染的像素点并将其作为噪声的候选点，然后采用边缘保持算法 TV inpainting 恢复被噪声污染像素点的值。模拟实验结果表明，该方法既能够很好地去除宇宙线，又能精确地恢复被宇宙线污染像素点的流量值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 LAMOST的建设背景与意义

1.1.1 LAMOST建设背景

1.1.2 LAMOST结构

1.1.3 LAMOST建设的重大意义

1.1.4本课题的意义

1.2二维光谱数据处理系统简介及国内外研究现状

1.2.1基本的减天光方法

1.2.2改进的方法

1.3本论文主要研究内容

第2章LAMOST观测模型与数据模拟

2.1引言

2.2 LAMOST观测流程

2.3 LAMOST观测物理模型和数学模型

2.3.1目标天体光谱形成物理模型与数学模型

2.3.2灯光平场和定标灯光谱形成物理模型与数学模型

2.3.3天光光谱形成物理模型和数学模型

2.4数据模拟流程

2.5各种参数的模拟

2.6模拟数据结果

2.7小结

第3章LAMOST二维光谱数据处理

3.1引言

3.2 LAMOST光谱的一般处理原理

3.2.1一般光谱的处理原理

3.2.2 LAMOST二维光谱处理原理

3.3 LAMOST二维光谱处理流程

3.3.1光纤轨迹追踪

3.3.2光谱抽取

3.3.3波长定标

3.3.4光纤相对透过率

3.3.5减天光

3.3.6流量定标

3.3.7合并光谱

3.4 LAMOST二维光谱模拟数据处理结果

3.5小结

第4章基于B样条曲面拟合的减天光方法

4.1引言

4.2问题的提出

4.3 B样条曲线、曲面简介

4.3.1 B样条曲线的基本概念

4.3.2均匀三次B样条曲线

4.3.3三次B样条曲线反算

4.3.4反算三次B样条插值曲线的控制顶点

4.3.5 B样条曲面及其正算

4.3.6 B样条曲面的反算一般过程

4.4基于B样条曲面拟合的减天光方法

4.5基于曲面拟合天光谱仿真实验

4.6小结

第5章基于图像恢复技术的单幅CCD光谱图像宇宙线去除算法

5.1引言

5.2偏微分方程在图像去噪问题中的应用

5.2.1基于偏微分方程的图像去噪方法

5.2.2 AMF-DPVM

5.3基于图像恢复技术的宇宙线去除算法

5.3.1宇宙线噪声检测

5.3.2噪声点流量值恢复

5.4仿真实验

5.5小结

第6章总结与展望

6.1主要工作总结

6.2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与参加的研究项目

致谢