1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
针对较强天光背景下基于暗弱钠导星的大气波前畸变像差实时探测需求，本文提出了一种综合滤波的主动式波前探测技术，完成了对该技术的理论分析、参数设计及探测能力预估，并将该技术应用于传统哈特曼波前探测器，开展了基于钠导星的大气波前畸变像差探测实验。在约10 W/（m2·sr）的天光背景条件下，实现了基于钠导星同步采样大气波前畸变像差的实时探测。本工作对实际钠导星自适应光学系统应用的工作时段扩展进行了有益尝试。
自适应光学 钠导星 天光背景 波前探测
中山大学（珠海校区）国家航天局引力波研究中心 天琴前沿科学中心 天琴中心&物理与天文学院 “天琴计划”教育部重点实验室，广东 珠海 519082
为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力，设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W），0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面，分析了白天天光背景噪声强度，并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率，重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面，固定望远镜俯仰角（E=50°），旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列，并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声，开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到，白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W，夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力，将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。
卫星激光测距 平均功率 探测能力 天光背景噪声 satellite laser ranging average power detection capability skylight background noise
1 中国科学院 国家天文台 空间天文与技术重点实验室，北京000
2 中国科学院大学，北京100049
3 广西大学 物理科学与技术学院 广西相对论天体物理重点实验室，广西南宁50004
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29 731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。
月基光学望远镜 电荷耦合器件 宇宙线 天文位置定标 天光背景拟合 lunar-based ultraviolet telescope charge coupled device cosmic rays astrometry sky light background fitting 光学 精密工程
2021, 29(10): 2330
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
研制了一款具有太阳跟踪和全天空扫描功能、基于直流无刷力矩电机的两维伺服转台, 该转台能在水平360°、俯仰180°两个自由度上达到10′′ 的定位精度,可满足全自动跟星观测 的跟踪精度要求。转台使用适用于低温环境的力矩电机及其他相应低温器件,可在－40～50?°C环境下正常工作,以满 足野外应用的需求。紧凑和轻量化设计使转台具有便携性。转台的控制系统采用基于ARM9架构的宽温开发板,板内移植了Linux 内核,内核支持多种功能模块的添加,有利于转台后期的功能完善和改进。转台既能在上位机软件控制下运转,也能在自身内部程 序引导下单独工作,搭载微型光纤光谱仪探测组件可用于天光背景辐射的光谱扫描测量。
大气光学 转台 力矩电机 天光背景 atmospheric optics turntable torque motor skylight background ARM ARM
1 太原科技大学计算机科学与技术学院, 山西 太原 030024
2 中国科学院国家天文台光学天文重点实验室, 北京 100012
天光背景扣除是LAMOST 1D光谱数据处理中重要的环节, 其扣除好坏直接影响光谱产品质量, 因此构造理想的超级天光光谱模型具有重要的意义。 通常超级天光是由与目标天体同时观测的天光光纤光谱构造而成, 同一区域的天光背景可能随着不同的观测时刻有着规律性的变化特征（如月相变化）, 如果能充分分析并利用这些特征, 可有效校正超级天光模型, 从而提高减天光效果。 轨迹聚类方法是一种分析目标随时、 空变化特征的有效工具, 针对LAMOST天光光谱中可能存在的变化规律, 给出一种基于轨迹聚类的天光光谱特征分析方法。 主要分以下三部分: 首先是天光光谱的时序化描述。 LAMOST pipeline采用且提供了每个观测天体的即时超级天光光谱, 为了获取特定天区背景天光的光变特征, 需选择天光光纤光谱以及扣除目标天体光谱的背景光谱, 以5°视场（LAMOST望远镜视场）为单位, 按观测日期MJD均匀分组, 从而对特定区域的天光光谱进行了时序化表征; 其次给出基于密度的天光光谱数据聚类算法STK-means。 为解决随机参数导致收敛及聚类效果不理想的问题, 在分析天光光谱时序数据特征的基础上, 给出基于密度的相似性度量公式, 并作为传统k-means聚类的初始参数选择依据, 从而给出基于密度的天光光谱数据聚类算法STK-means; 最后进行实验分析。 实验验证了该方法的正确性和有效性以及不同初始参数K值的选择对聚类结果的影响。 在此基础上, 利用STK-means聚类方法, 对LAMOST第一期巡天中一个完备小天区的天光光谱时序数据进行了轨迹特征分析, 结果表明, 除个别光谱质量较差或常说异常外, 该特定区域的天光背景以农历每月十五、 十六为中心向两边呈对称分布, 反映了该区域观测过程中受月相的影响变化情况, 该特征经量化后可为校正超级天光模型提供一种有效途径。 同时, 由于时序化描述过程中均匀采样的要求, 该方法可适用于反银心、 盘、 晕等高天体数密度区域, 而对于高银纬低数密度区域则需要更长时间的巡天观测。 此外, 该方法还可有效发现特定区域的离群(异常)天光光谱, 为天文学家进一步分析提供珍稀样本。
天光背景 轨迹聚类 多目标光纤光谱 郭守敬望远镜（LAMOST） Sky background Trajectory clustering Multi-object fibre spectroscopy LAMOST 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1301
1 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院, 甘肃 兰州 730050
2 南京大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京 210093
通过实验比较研究了基于SNSPD与SPAD探测器的激光测距系统.实验中, 当接收回波端衰减120 dB时, 天空光背景可忽略, 基于SPAD的激光测距系统探测概率低于0.2%, 而基于SNSPD的激光测距系统探测概率达35%; 当激光发射频率低于1 kHz, 基于SNSPD的激光测距系统探测概率比SPAD高60%以上.研究表明：在探测弱信号回波光子时, SNSPD的探测性能远远优于SPAD, 其原因是SNSPD具有较低的暗计数和高探测概率.与此同时, 在接收端无衰减情况下, 天空光背景会带来暗计数, 影响测距系统信噪比.通过仿真分析表明, 当背景亮度L0高于30 W/(m2·sr)时, 该基于SNSPD的激光测距系统的信噪比低于6, 可能影响测距系统稳定探测.
超导纳米线单光子探测器 激光测距 光子计数 暗计数 天光背景 superconducting nanowire single photon detector laser ranging photon counting dark count skylight background
南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室, 江苏 南京 210044
针对稀疏域对强天光背景下天体目标的探测问题, 在充分利用天光背景和光斑信号组成成分的形态差异性的基础上, 分别建立了天光背景和目标信号的超完备字典, 以区分图像中的天光背景区域与光斑信号区域。该方法能够在抑制强天光背景的同时积累更多的信号能量, 改善信噪比。仿真及实验结果表明, 此处理方法能够较好地提取出光斑信号, 且与减阈值算法相比, 其处理后质心偏差、均方根值及峰谷值都较小。
大气光学 自适应光学 天光背景 稀疏表示 超完备字典
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 成都 610054
3 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
在白天进行空间微弱目标光谱探测研究中, 除了知道目标的光谱特性外, 必须知道天光背景光谱辐射特性。本文以 Lowtran软件为基础详细分析了天光背景光谱辐射, 在此基础上研制了天空背景测量仪对西部某区域天光背景进行实际测试, 给出了该地区天光背景的实验测试结果, 为后续光谱探测研究奠定了基础。
光谱探测 辐射测量 天光背景 spectral detection radiation measurement skylight background
1 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院国家天文台光学天文重点实验室, 北京 100012
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 Aix-Marseille Université, CNRS, Institut Pythéas, L.A.M., UMR 7326 F-13388, Marseille Cedex, France
5 辽宁科技大学理学院, 辽宁 鞍山 114051
扣除天光背景的好坏是影响谱线信噪比很重要的因素, 同时由于天光光纤数量有限以及光谱仪漂移等多方面因素的影响导致减天光是光纤光谱数据处理中公认的难点。 目前已有的减天光方法主要是针对全谱的天光成分扣除, 没有关注在特殊谱线位置上的局部天光情况, 尤其是低红移类星体非常重要的［OIII］线附近的天光背景。 探索了一种局部精细的天光背景扣除方法, 解决了类星体中Hβ-［OIII］的宽线经常受到减天光精度干扰的问题。 利用LAMOST减天光前的原始流量以及相对流量改正数据, 根据同一观测天区的超级天光光谱对背景进行扣除。 实验结果表明, 在不同红移类星体中, 该方法减天光后Hβ-［OIII］区间的光谱质量相对于原始LAMOST光谱批处理程序都有了明显的提高, 这更有利于后续的谱线分析, 同时为少部分LAMOST光谱批处理程序没处理好的特殊光谱提供了补充的解决方法。 该方法目前已应用于搜寻双峰活动星系核候选体的预处理中。
天光背景 减天光 光纤光谱 类星体 Sky background Sky subtraction Fiber spectroscopic telescope Quasar 光谱学与光谱分析
2014, 34(11): 3132
