分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-04-29 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 日冕抛射物质(Coronal Mass Ejection, CME)是一种强烈的太阳爆发现象，对空间天气和人类生活都有着巨大的影响，因此CME检测对预报CME、保障人类的生产生活安全有重要意义。现有检测方法多采用人为定义特征和人为界定阈值等方法检测CME。由于人为定义特征不能很好表征CME且具有普适性的阈值难于选择，现有CME检测方法对CME的检测效果有待提升。本文提出一种基于Faster R-CNN的日冕抛射物质检测算法。该方法首先结合CDAW、SEEDS、CACTus三个著名CME目录信息，人工标注了包含9113幅日冕图像的数据集，然后根据CME的图像特征较自然图像少、目标尺寸与自然图像有差异等特点，在特征提取和锚点选择方面对Faster R-CNN进行了改进。以2007年6月的CME标注数据为测试集，本文算法检测出了22个强CME事件中的22个和151个弱CME事件中的138个,且对CME事件的中心角和角宽度等特征参数的检测误差分别在5度和10度以内。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-03-04 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 太阳暗条作为太阳大气磁场的示踪，其精准检测对研究太阳磁场有着极其重要的意义。针对现有暗条检测的方法存在检测精度不高，弱小暗条错检、漏检等问题，本文为此提出一种基于改进VNet网络的太阳暗条检测方法。首先，使用大熊湖天文台H全日面图像并结合磁图制作了太阳暗条数据集；其次，在VNet网络下采样部分采用inception模块融合不同尺度特征图特征，同时加入注意力机制来增强特征图中暗条部分的语义信息；最后在上采样部分引入深度监督模块，更多地保留太阳暗条细节特征。为验证算法性能，本文采用191幅H全日面图像数据集，其中包含暗条共3372条。算法在测试数据集上平均准确率达到0.9883，F1值达到0.8385。实验结果证明，该方法可以有效识别H全日面图中暗条。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2019-09-18 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）是一种规模巨大，程度剧烈的爆发现象，是影响地球的主要太阳爆发活动。由于这种爆发现象会对地球环境造成严重干扰，因此CME的探测对预报灾害性空间天气具有重要意义。为了更清楚地梳理目前存在的CME检测方法，文章将对典型的方法进行分析总结。首先，介绍日冕物质抛射及其特征；然后，从基于手工方法和自动检测方法两方面对CME检测进行概述和分析；最后，讨论目前算法存在的一些问题，进而提出未来的研究方向。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2018-11-01 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 本文采用经验模式分解技术研究了从第12到第24太阳活动周的黑子面积数据中 的Rieger-type周期，以及它们在南北半球上的相位关系。研究发现：(1) Rieger-type周期尺度 以及时间尺度在两个半球上是不一样的，从而导致了半球分布的不对称性；(2) 平均Rieger- type周期在北半球上的周期长度略大于南半球上的；(3) 占主导地位半球的Rieger-type周期 的相位不一定是超前的，半球Rieger-type周期尺度相近的也并不一定是相关性强的。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2020-03-07 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 通过添加太阳黑子周期长度构建长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM)的多变量输入数据，在多时间步长上预测未来10年的太阳黑子变化。将数据集以训练数据长度为标准划分出两组时间序列片段，分别是分片11和分片6，并在分片上分别对比了单变量和多变量在单时间步长和多时间步长上的预测效果。最后，得出以下主要结论：(1)比起分片6，分片11的采样方式有更低的均方根误差(Root mean squared error,RMSE)；(2)最优多步长的预测效果比单步长的要好；(3)通过图例上周期的起始点、结束点和最大振幅位置三个点的准确度证明了多变量的多步长方法确实有更好的预测效果。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-03-30 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 快速傅里叶变换比傅里叶变换有更好的算法性能，是射电干涉成像基础算法，但因为天线阵列的不规则采样，需使用网格化算法将可见度数据重采样到规则的网格上，才能应用快速傅里叶变换。基于卷积的网格化计算具有计算密集型和迭代型的特点，特别是在处理海量可见度数据的情况下，高性能的网格化计算对加速整个成像过程就显得尤为重要。为了缓解数据处理的压力，在现有处理整块数据和支持多核计算的算法基础上，拓展应用Dask并行计算框架，不仅将数据分块并分配到多线程上，提高数值计算效率，而且动态的分布式任务调度策略优化了网格化的实时处理。实验结果表明多核CPU利用率显著提高，即使增加数据量，也能进一步提升网格化算法性能。分布式任务调度能够将(单)多测量集的网格化弹性缩放到(单)多机系统，充分发挥了集群的规模化优势。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2022-08-31 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 在射电干涉阵的大视场成像中，W-Projection和W-Stacking是两类主要的成像方法。本文对这两种成像方法进行了并行实测研究。首先分析了两种成像方法的基本原理框架，在此基础上对两种成像方法并行实现时的关键因素进行了讨论和分析。 利用已经校准的射电干涉阵观测数据对两种成像方法基于RASCIL分别进行并行策略研究和并行计算实验。通过对并行计算时间、并行效率和并行资源配置模式的分析，得到了两种成像方法基于RASCIL的并行计算性能，结果表明两种成像方法都适合采用Strong Scaling的并行资源配置模式进行并行计算，基于RASCIL的W-Stacking并行计算还有比较大的性能提升空间。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-07-30 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 幸运成像技术是一种事后图像恢复技术，它能够有效减小大气湍流对图像质量的影响。传统的频域幸运成像算法在效果上优于传统的空域算法，它主要由图像预处理、数据选择和数据叠加三部分组成。本文提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的频域幸运成像算法，并在FPGA平台上构建了频域幸运成像的实验系统。本系统通过二维转换为两个一维实现的处理方式对天文图像数据进行了二维快速傅里叶变换（2D-FFT），采用频域数据的实部平方与虚部平方之和代替幅值进行数据选择，所得到的高分辨率图像与基于中央处理器（CPU）算法处理的结果基本相同。本实验系统能对2000帧128128像素的图像进行频域幸运成像处理，比传统的基于CPU频域幸运成像算法速度快13倍多，实现了对传统的频域幸运成像算法进行加速，同时也为将来频域幸运成像的实时化提供了一种可行的技术方案。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-03-04 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 为进一步提高现有实时幸运成像系统的实时性，针对第二代通用串行总线（USB2.0）接口的电子倍增电荷耦合（EMCCD）相机进行幸运成像观测的情况，本文提出了一个基于USB2.0总线数据侦听的实时幸运成像技术方案，进行了侦听电路的硬件设计和数字逻辑设计，搭建了一个具有实时侦听、传输、处理、动态更新和显示的幸运成像系统当相机拍摄天文图像并与PC机进行数据交互时，本系统的USB2.0总线数据侦听子系统就会对交互的USB2.0总线实现无侵入式的侦听，并且加以分析处理后，只将有效的天文图像数据发送给底层现场可编程逻辑阵列（FPGA）开发板中的幸运成像子系统，然后幸运成像子系统就会对接收到的数据进行预处理、动态选图、实时配准和叠加处理，最后使用9个可调阈值二值化高分辨率图像并将这些图像输出到显示器上。实验结果表明，所实现的系统能够对在USB2.0总线上连续传输的10000帧512512像素的图像进行实时侦听、幸运成像和动态更新显示，实现了幸运成像技术的实时化。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2020-06-30 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 幸运成像技术是一种基于大量短曝光图像中选取少量幸运好图进行配准、叠加的高分辨率图像恢复技术，能够有效减小大气湍流对图像质量的影响，但传统的基于中央处理器（CPU）的幸运成像算法难以实现实时化。本文利用现场可编程逻辑阵列（FPGA）的并行性和灵活性优势，提出了一种新的基于FPGA的幸运成像算法并构建了一个FPGA实验系统。该算法采用一种固定选图数且无需排序的图像选择策略和一种以行列坐标为基准的图像配准策略，能够有效地节省算法处理时间和硬件资源，达到实时幸运成像的目的。这个新的实时幸运成像算法能够以简洁的方式在中小规模的FPGA上实现，所得高分辨率图像与基于传统CPU算法处理的结果完全相同。实验表明，对于2000帧128128像素的输入图像进行幸运成像处理，本算法的运行速度比本实验室之前提出的算法快27倍，比传统的基于CPU+MATLAB幸运成像算法速度快150多倍，处理帧率可达197帧/秒。该算法及其FPGA实现技术可以用于构建真正实时的幸运成像系统。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-05-27 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 望远镜自动化观测编排，是望远镜观测控制系统实现自主观测必不可少的组成部分。云南天文台40米射电望远镜需要对观测目标制定中长期和短期的纲要，目前对短期的目标进行纲要的编制时，主要依赖观测人员根据经验手动来实现，这种方式不仅低效耗时，更有可能会导致结果显著地偏离最优观测方案，不能充分利用望远镜宝贵的观测时间。本文使用混合整数线性规划模型，分析了云南天文台40米射电望远镜的短期观测目标的问题，定义了短期观测目标调度中的限制条件，以最小化望远镜的寻址时间作为目标函数，使用数学优化来解决射电望远镜短期观测目标编排问题，并在云南天文台40米射电望远镜上进行了测试，能较好地满足目前短期观测目标编排的需求。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-03-04 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 太阳图像中存在着各种尺度，亮度，结构不同的物理活动现象，由于太阳日冕高动态的活动和传感器设备等因素，造成太阳图像成像质量不佳。根据太阳动力学天文台（Solar Dynamic Observatory, SDO）的大气成像仪（Atmospheric Imaging Assenbly, AIA）拍摄不同波段数据结构的动态范围大、噪声大、结构相对模糊等特点，本文提出一种有效基于盲退卷积的SDO/AIA图像增强方法。首先对SDO/AIA图像进行去噪和降低动态范围的处理，基于图像功率谱的分布假设，从原图中估计出点扩散函数(point spread function，PSF)的功率谱，然后使用相位提取算法恢复出PSF的相位，再退卷积出较高质量的目标图像；最后通过轮廓切片分析、功率谱分析以及PSF分析对增强结果进行定量和定性分析。实验结果表明，相比现有图像增强方法，该方法在有效增强太阳日冕图像细节结构的同时，复原出原图因模糊无法辨识的结构。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-04-14 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 本文使用快速鲁棒性主成分分析(Fast RPCA，Fast Robust Principal Component Analysis)方法对日冕序列图像中的日冕喷流活动进行检测。检测的基本思路是利用Fast RPCA方法中低秩和稀疏分解的思想与日冕序列图像中有着变化尺度稍小且占比较大的随机变化背景成分、变化尺度较大且占比较小的日冕喷流的特点相结合，以此来实现随机复杂多变的动态背景和稀疏运动目标之间的分离，从而检测出作为前景变化的日冕喷流。采用太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory，SDO)卫星上大气成像组件(Atmospheric Imaging Assembly，AIA) 观测设备的两组不同时间段、不同波段、不同观测位置的日冕序列图像作为研究对象。研究内容主要包括日冕序列图像的预处理、日冕喷流检测、Fast RPCA方法与帧间差分法的检测结果对比分析。实验结果表明，与帧间差分法相比，Fast RPCA方法能够检测出强度较弱的日冕喷流且提高了日冕喷流检测的准确度。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2018-12-19 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 射电天文已成为人类研究宇宙的重要途径。但随着人类生产、生活的发展，射 频干扰信号对射电天文观测的影响越来越严重，观测数据的好坏关系到科学成果的质量甚至 结论的真伪。目前广泛采用基于阈值判断射频干扰，对干扰信号直接舍弃部分观测数据的方 法。此类方法存在阈值确定困难、观测带宽和时间被缩减等问题。本文针对脉冲星观测射电 信号中，各干扰信号及射电信号统计独立以及呈现出的非高斯性，利用独立成分分析对混合 信号进行分解；并根据观测信号中脉冲星信号和干扰信号的分布特点，识别脉冲星信号，实 现干扰信号消除。使用该方法对云南天文台40米射电望远镜接收到的脉冲星观测信号进行独 立成分分析，分解出独立的RFI信号和脉冲星信号，消除射频干扰信号。本文方法在干扰信 号消除、射电信号保留及信噪比方面均取得良好效果。
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