面向LAMOST的天体光谱离群数据挖掘系统研究

在宇宙中寻求未知天体是人类探索宇宙奥妙所追求的目标之一,离群数据挖掘是发现未知天体光谱数据的一种有效途径。文章首先以VC++和Oracle9i为开发工具,设计与实现了面向LAMOST的恒星光谱离群数据挖掘系统,并给出了其软件体系结构和模块功能。其次,对基于中值滤波器的恒星光谱数据预处理、基于距离的恒星光谱数据聚类、基于距离支持度的恒星光谱数据离群数据挖掘、基于主分量分析法PCA的恒星光谱数据离群数据的三维可视化等主要关键技术进行了详细描述。最后,基于SDSS恒星光谱数据的运行结果表明,利用该系统寻找天体光谱离群数据是可行的,从而为寻找未知的、特殊的天体光谱数据提供了一种新途径。     

LAMOST星系光谱的红移自动测量

自动测量LAMOST望远镜所产生的大量星系光谱红移,是LAMOST望远镜数据处理的关键。PCAZ的红移自动测量方法,只适用于红移值较小(一般情况不超过z＜0.2)的情况,其原因是受到所应用构建正交模板的光谱模板范围的限制。文章突破了这一限制,针对LAMOST将产生的光谱的特点,作者改进了这套方法。应用该方法到具体的观测数据中,得到了准确率超过90%的红移值。该方法的红移测量极限依赖于模板的波长范围和待测光谱蓝端的信噪比,按照LAMOST的初步设计,对z＜0.8红移,可进行准确测量。经过测量, 得出结论：(1)该方法适用于LAMOST的星系红移测量;(2)为实现巡天红移的测量,需要构造完备的不同星系的光谱模版(UV-IR);(3)蓝端信噪比大小影响对大红移的测量。     

基于网格聚类分析LAMOST恒星光谱与理论模型的差异

随着天文大数据时代计算科学的蓬勃发展,我国具备自主知识产权的国际天文界口径最大、光谱获取率最高的大视场望远镜LAMOST,已率先在国际上开拓并实现了同时观测几千个天体光谱的大规模巡天工作。自2011年巡天至2015年6月所获得的DR3光谱数据集目前已获取世界上最大的恒星参数星表。针对LAMOST第三期发布FGK恒星光谱的流量定标等相关数据,利用Kurucz模板光谱对应的参数空间划分网格,基于开源高效的数据处理R语言程序软件平台,设计了有监督的聚类中心,便于验证其理论参数网格的差异。处理LAMOST实测光谱经归一化后,选择距离量直接描述属性,采用欧氏距离分析判别光谱之间的相似度,选取相应的属性向量构造函数判断观测光谱和理论光谱差别的量级。实验表明：比对LAMOST实测FGK型恒星光谱数据与Kurucz理论模板库数据一致性以及参数测量的准确性,结果显示相同参数的光谱间特征谱线具有较好的一致性,从而得出LAMOST光谱测量物理参数质量较高,具备极好的可靠性,为后续恒星大气模型的改进提供相应的论证依据。     

天体光谱信号的连续谱归一化新方法

采用事先扣除强谱线的策略,提出小波变换与样条拟合相结合的方法进行连续谱拟合,并通过对实际光谱的试验,与较常用的连续谱拟合方法进行比较,结果表明文章提出的方法有明显的优越性。另外,针对多项式拟合等方法得到的连续谱可能会出现负值的情况,推导出有效的连续谱校正公式。     

基于分形编码的天体光谱降噪方法

为了降低噪声影响,恢复光谱的连续谱和谱线等主要特征,以便准确测量谱线的等值宽度,文章根据天体光谱自身具有局部自相似性,而随机白噪声不具有自相似性,首次将分形方法应用于天体光谱降噪.实验表明,分形降噪方法对于准确测量谱线的等值宽度、星系红移等参数是有效的,此外,还可以实现数据压缩.分形方法适用于海量光谱的降噪和数据存储.     

基于支撑矢量机的天体光谱自动分类方法

天体光谱自动识别系统的主要目标是对天体进行分类和参数测量。文章提出一种新的基于支撑矢量机的非活动天体与活动天体的自动分类方法。在信噪比低的时候 ,由于红移值未知使得噪声与发射谱线难于辨别 ,因此不能单纯依靠寻找发射谱线来确定是否为活动天体。据此 ,在低噪声情况下对非活动天体与活动天体的区分成为难点。本方法结合主分量分析法和支撑矢量机 ,能够对红移值未知的活动天体与非活动天体比较有效地进行自动光谱分类 ,对天文界的大型巡天计划中的海量观测数据自动处理有比较重要的应用价值。     

天体光谱信号去噪的小波域复合阈值新算法

利用谱线和噪声在小波域内的不同相关特性,提出了一种小波域复合阈值去噪算法。首先将小波系数作NeighShrink阈值处理,然后对得到的小波系数进行二值化,在此基础上定义了每一小波系数所对应的横向相关性指数和纵向相关性指数,最后确定出决定小波系数取舍的决策系数。由于该决策系数是通过多重判据得到的,因此该方法克服了简单阈值方法过保留或过扼杀的缺点,同时可以去除大脉冲噪声,实验结果表明了该方法的有效性。     

基于约束FP树的天体光谱数据相关性分析系统研究

从海量天体光谱数据中挖掘光谱数据特征和物理化学性质之间内在的、隐含的相关性,是人类探索天文规律的一种有效方法。利用基于约束FP树的关联规则挖掘方法作为天体光谱数据相关性分析手段,采用VC++和Oracle9i作为开发工具,设计与实现了天体光谱数据相关性分析系统,给出了其系统的软件体系结构和模块功能,并对光谱数据预处理、背景知识表示、CFP树构造、频繁模式提取及关联规则生成等关键技术以及关键模块的实现技术,进行了详细描述。系统运行结果表明,利用关联规则来描述、分析天体光谱数据特征和物理化学性质之间存在的相关性,是可行的和有价值的,从而为寻找天体规律提供了一种有效手段。     

基于约束概念格的天体光谱局部离群数据挖掘系统

寻找特殊的、未知的天体是人类探索宇宙奥妙所追求的目标之一,天体光谱数据挖掘是实现该目标的一种有效方法。约束概念格是一种新的概念格结构,具有构造效率高、提取知识针对性和实用性强等特点。针对天体光谱数据在特征子空间中的局部偏离,采用VC++ 6.0和Oracle 9i作为开发工具,设计与实现了基于约束概念格的天体光谱局部离群数据挖掘系统,并对软件模块功能和体系结构,以及天体光谱数据预处理、约束概念格构造方法、基于链表结构的概念格构造、局部离群数据挖掘方法等关键技术进行了详细描述。运行结果表明,该系统实现天体光谱数据局部离群数据挖掘是可行的、有价值的,从而为寻找未知的、特殊的天体提供了一种新途径。     

一种基于属性权值和w_k-距离的天体光谱异常特征线挖掘方法

采用信息熵思想,给出一种基于属性权值和wk-距离的异常天体光谱特征线挖掘方法,并开发了天体光谱异常特征线挖掘系统。首先采用信息熵思想计算天体光谱特征线属性权值,从而有效地刻画每条特征线的重要程度;其次采用邻域半径的剪枝技术,对海量天体光谱特征线数据集约简,删除不可能成为异常的数据对象,形成一个候选异常数据集;然后根据离候选异常数据中对象之间的偏差,计算wk-距离和,并选取wk-距离和较大的前TOP-NN个数据对象作为天文光谱异常特征线数据;最后采用SDSS恒星光谱特征线数据集,实验和系统运行结果验证了该方法的有效性和可行性。     

基于加权率失真优化SPIHT算法的干涉多光谱图像压缩

基于空间调制型成像光谱仪的成像特点,提出了一种适合于干涉多光谱图像的加权率失真优化多级树集合分裂(SPIHT)光谱压缩算法。该算法根据干涉多光谱图像在时域和频域的特点,推导出时域中随着光程差的增大,干涉图像对频域中光谱曲线的形状影响越大。因此,在光程差方向上,逐渐提升率失真函数的斜率,增大对图像的保护程度,不仅弥补了SPIHT算法在码率分配上的不足,而且有效地保护了频域中的光谱信息。实验结果表明,无论在时域还是频域,该算法与现有算法相比,性能有明显改进。     

豚鼠原发性骨关节炎的关节软骨显微傅里叶变换红外光谱研究

应用显微傅里叶变换红外光谱技术原位分析雌性Hartley豚鼠胫骨关节软骨的化学组成。红外光谱测定包含三种月龄(1月、2月和3月)和3个软骨层次(表层、中层和深层)。结果表明,随着月龄的增加,表层和中层FTIR光谱的主要吸收峰峰位红移,深层吸收峰先红移后蓝移。软骨中胶原蛋白、核酸和蛋白多糖的红外光谱具有如下特征：峰强比I_{1 657}/I_{1 548},I_{1 074}/I_{1 548}和I_{1 074}/I_{1 237}在软骨表层和中层随月龄递降,而在软骨深层2月龄的比值最低。结果符合关节软骨在不同退变阶段化学成分的变化规律,且显微光谱成像技术转化的各月龄胫骨平台二维图像高度符合相应的病理描述。初步研究显示,显微FTIR技术可原位分析不同层次软骨组织的分子组成,能为研究软骨疾病的发病机理提供可靠信息。     

一个了解宇宙的新窗口——分子天体物理学介绍

 现代科学的显著特点之一是它的综合性和整体性,即各个学科之间的交互影响.分子天体物理学的建立和发展是一个很好的例子.在它的发展过程中,物理学和化学的基础研究,射电天文学和空间天文学的最新技术成就与天体物理学和天体化学密切配合,相互推动.在短短的二十多年中形成了一门生气勃勃的新学科.它为天文学提供了一个了解宇宙的新窗口,有力地推动了恒星演化的极早期阶段和晚期阶段的研究.