多波段、多信使天文数据高效融合关键技术研究与应用
发布时间:
2020-11-20 16:35
修改时间:
2020-11-20 16:34
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2020年11月20日上午,国家天文科学数据中心许允飞同学顺利通过博士毕业答辩。许博士的毕业论文题目是《多波段、多信使天文数据高效融合关键技术研究与应用》,属于应用基础性研究范畴。论文研究发展出的一系列关键技术将为爱因斯坦探针(EP) 发射后的暂现源观测及多信使观测的科学发现提供有力支撑,进一步提升中国虚拟天文台的技术能力水平。


图1:答辩现场照片


天文学研究已迈入时域天文观测和多信使天文观测的时代。一系列新兴观测设施产生的海量数据流给数据处理和挖掘带来了全新挑战。通过对时域天文观测和多信使天文观测的数据处理需求进行调研,论文总结出当前亟需解决的技术挑战是在海量数据的基础上实现暂现源的实时交叉证认、多信使事件电磁对应体的高效搜寻,以及暂现源的随动多信使观测证认等方面。


图2:多信使天文学

 

面向这些挑战,论文提出了一种多波段、多信使海量数据高效融合解决方案,包括海量星表高效检索方法、在线交叉证认及置信度计算以及异构多波段图像的高效组织、检索及可视化等关键技术。论文就这些关键技术展开了深入研究,并针对爱因斯坦探针卫星暂现源多波段交叉证认及引力波电磁对应体高效搜寻这两个实际项目进行了应用验证。


图3:论文科学应用场景

 

论文创新点

1. 针对十亿级以上体量海量星表检索存在的瓶颈,提出了多层级覆盖天区空间索引方法及基于天球划分的星表分表分区策略。

图4:基于多层级覆盖天区的空间索引 MOC-Tree方法对大范围天区检索效率有较大幅度提升

 

2. 针对多波段星表由于空间定位精度不同带来的多对象匹配问题,提出了并行化的贝叶斯推断星表交叉证认置信度计算方法。

图5:通过与XMM-COSMOS 多波段星表的对比测试,结果显示本方法在多波段星表交叉证认的效率及准确率上均有提升。

 

3. 提出了基于层次渐进模式标准(HiPS)的多波段图像组织、检索和可视化框架,提出了一种新的图像数据转换至HiPS标准数据集的方法,并实现了该方法的并行化,大幅度提高了海量图像数据标准化组织的效率。

图6:在万维望远镜软件平台中实现了三维场景下HiPS 标准数据集的沉浸式可视化。

 

科学应用

基于上述研究,针对EP的暂现源证认需求构建了一系列工具,实现了从EP 观测数据中提取观测源,判别该观测源是否为暂现源,并对该暂现源进行多波段交叉证认。

图7:这些工具的核心是EP 暂现源多波段参考数据库。

 

许博士还构建了引力波随动观测规划系统(GWOPS)。该系统针对地面光学观测网络在引力波电磁对应体搜寻中面临的挑战,解决了如何在引力波事件的定位天区中高效搜寻宿主星系、如何排序宿主星系的观测优先级、如何从观测数据中高效识别电磁对应体等关键问题。
该系统已应用于Ligo/Virgo 引力波探测网络O3 运行期间的引力波电磁对应体的搜寻,指导地面观测网络对53起引力波事件开展了随动观测,共观测了6133平方度的天区,获取了 21,172副观测数据。


图8:随动观测数据天区覆盖图

 

本论文得到国家自然科学基金天文联合基金重点项目《面向时域天文学的虚拟天文台核心能力建设与科学应用(U1731243)》的支持。


国家天文科学数据中心为天文观测设备和研究计划提供数据与技术服务。

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Ms. Yang Hanxi
(文章编辑:
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