基于统计窗的恒星连续谱自动拟合方法

提出一种基于统计窗的恒星连续谱拟合方法。该方法将恒星光谱划分为若干个统计窗,在每个窗口内根据信噪比选取一定比例的流量点,然后对选出来的流量点进行低阶多项式迭代拟合,从而得到连续谱。实验表明,与其他方法相比,该方法得到的连续谱更接近于实际连续谱。该方法对SDSS中除M外的各种光谱型连续谱的拟合均具有很高的实用性和鲁棒性,对于郭守敬望远镜(LAMOST)先导巡天恒星光谱的连续谱拟合同样具有非常好的效果。     

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。     

基于多分辨率融合距离的低质量星系光谱红移测量方法

星系光谱红移测量是大规模天体光谱巡天项目中的一个重要研究内容,其目的是从在光谱中测量出对应星系由于多普勒效应引起的红移。随着银河系外巡天项目的开展,观测目标距离(红移)越来越远,其星等越来越暗,光谱的质量也随之越来越差,如何能够有效准确地从这些低质量的光谱测量出红移是河外巡天面临的一个重要问题。基于此问题,充分考虑到低质量星系光谱的特点及数据特征,新定义了一种针对低质量巡天光谱数据的多分辨率融合距离,以此为基础提出一种针对低质量星系光谱的红移测量方法。该方法充分结合不同分辨率下光谱的特征,计算距离时首先将模板光谱和待测光谱同时降到多个相同分辨率下,该分辨率下所有波长采样点都计算一个偏差进而得到一个距离,然后将多个分辨率下得到的距离通过加权得到一个融合距离。基于多分辨率融合距离提出的星系红移测量方法,能够有效的解决低质量星系光谱的红移无法准确测量的问题。研究了不同信噪比下红移测量的精度,在信噪比大于5之后,该方法测量准确率可以达到90%以上。大量实验表明,提出的方法在星系光谱质量较低的情况可以非常准确地从中测量出红移,测量误差和红移大小无关,可以很好地应用于大规模巡天数据的星系光谱红移测量中。     

基于非参数回归与最近邻方法的恒星光谱自动分类

恒星光谱数据的自动识别与分类是现代巡天望远镜所产生的海量光谱数据处理的一项重要研究内容。针对流量未定标的低分辨率恒星光谱设计了一种有效的自动分类方案,实现恒星光谱的MK分类：光谱型及其次型分类,光度型分类。该方案由三部分实现：(1)连续谱归一化：基于小波技术提取低频信号逼近连续谱的方法;(2)七种光谱型及其次型的分类通过非参数回归方法实现。(3)光度型分类通过基于最近邻的χ2方法实现。实验结果表明该方案能够有效实现恒星光谱的MK分类,光谱型及其次型的分类精度为3.2个光谱次型,Ⅰ-Ⅴ光度型的正确识别率为60%, 次优统计率为78％。该方案训练速度快,方法实现容易,适用于海量恒星光谱自动分类处理系统。     

恒星光谱参数自动测量中不同模板匹配度量方法比较

模板匹配方法是恒星光谱参数自动测量中常用的方法之一。对经常使用的三种模板匹配算法：K-最近邻算法(KNN)、卡方最小化算法和光谱相似度算法测量恒星光谱参数结果进行比较。首先对光谱进行连续谱归一化及流量归一化,然后对三种算法测量恒星光谱参数的结果进行比较。对SDSS DR8大样本数据的实验表明,光谱相似度算法在测量恒星光谱参数中有相对优势。     

超连续谱干涉方法测量古依相移

利用两束超连续光干涉得到的信号,测量了透镜焦点附近飞秒激光脉冲的古依(Gouy)相移。根据得到的光谱干涉信号,利用傅里叶变换得到相对相位值。激光光束在聚焦透镜后的束腰半径可以由成像方法测得。根据测量得到的激光光束束腰半径,用非线性拟合的方法得到了古依相移曲线,拟合曲线与实验结果符合得非常好。给出了古依相位在焦点前后1 mm区域内的移动量。     

块状介质超连续谱光谱稳定性的理论优化

用变分法讨论了飞秒脉冲在块状透明介质中超连续谱的产生，结合频谱展宽与非线性相移的关系，讨论了块状介质的长度、抽运光的功率、光束口径、透镜的焦距以及介质与透镜的相对位置对超连续谱光谱宽度和光谱稳定性的影响，结果表明入射功率为几倍自聚焦阈值功率时，超连续谱光谱稳定性最好。为实验上获得稳定的超连续谱光谱输出提供了理论指导。     

基于光谱相似度的恒星大气参数自动测量方法

采用模板匹配方法进行恒星光谱的自动处理时,不需要计算光谱的线指数,而采取对全谱匹配的方法尽可能多的保存有用的信息,可得到比较理想的结果。提出一种基于光谱相似度的恒星大气参数自动测量的方法。首先对恒星光谱进行连续谱归一化,然后通过计算待测光谱和模板光谱之间的相似性来进行模板匹配,从而得到相对准确的恒星大气参数。通过ELODIE实测光谱数据和NGS理论模板库之间的实验表明,本方法可有效进行恒星大气参数的自动测量,并能得到理想的结果。     

螺旋桨空化噪声连续谱仿真算法

螺旋桨空化噪声连续谱由大量空泡随机崩溃所辐射噪声叠加而成。据此,考虑到空泡初始崩溃时刻的随机性和各空泡辐射噪声频谱的相似性,对四种情况空化辐射噪声连续谱特性分别进行了理论分析表明,可依据空泡半径和初始崩溃时间的统计性质,采用蒙特卡罗方法对空化噪声连续谱波形进行仿真建模,模型参数为空泡半径期望值、差异度和随机度,分别相应于确定辐射噪声的基准波形、各空泡噪声频谱相似程度和大量空泡的随机崩溃过程。该方法输入参数物理意义明确,控制简单,能较好地仿真空化噪声连续谱的特性,仿真结果与理论分析吻合较好。     

具有三种颜色的白癜风皮肤的荧光光谱

将荧光光谱方法应用于具有三种颜色的白癜风皮肤特性的研究,在对荧光测量以及皮肤组织病理检查的基础上,建立了三色白癜风皮肤的光学模型,分析了皮肤黑色素的含量与分布,并进行了蒙特卡罗计算,其结果与实测结果基本一致。研究表明:具有三种颜色的白癜风皮肤可作为一个较好的皮肤黑色素含量与分布的模型;荧光光谱法可以探测到皮肤较深层(真皮层)的黑色素分布或其他组织光学特性;所建立的白癜风皮肤的光学模型及建模方法,所采用的光谱比率法等可以在皮肤光学的其他研究中应用。     

多气隙电阻板室蒙特卡洛模拟与实验的比较

介绍了一个在电阻板室雪崩增长与信号发展的模型,模拟了多气隙电阻板室的电荷谱和时间分布谱,并与试验做了比较.     

Quantitative Time-Resolved Fluorescence Spectrum of the Cortical Sarcoma and the Adjacent Normal Tissue

The difference in time-resolved fluorescence spectrum between the cortical sarcoma and the adjacent normal tissue was studied in both experimental and theoretical ways. The Clinical data were obtained in vivo using a time-resolved fluorescence spectrometer employing a single fiber-optic probe for excitation and detection. Tissue was modeled as s-180 sarcoma tumor surrounded with normal muscle and was mediated by the Palladium-porphyrin photosensitizer (Pd-TCPP). The emitted fluorescence was considered as arising from the tumor tissue or the normal muscle, due to the presence of the photosensitizer. A computational code which could simulating time-resolved fluorescence emission was presented and applied to comparing fluorescence decay of photosensitizer in different stages of tumor growth. In this code the different stages of the tumor was modeled through changing the time τ, the delay of the fluorescence photon emission and z _max, the thickness of the tumor. It was found in the in vivo experiment that the fluorescence from tumor tissue decayed more quickly than from the adjacent normal muscle. For the ten rats in the first experiment day, the mean decay constant of tumor T _s and normal tissue T _n were 554 and 526 μs, respectively. And T _s increased with the tumor growth, from 554 μs in the first day to 634 μs in the eighth day while T _s kept steady. It was believed that the more adequate oxygen supplied by the normal tissue can more effectively quench the fluorescence and in the normal tissue the photosensitizer lifetime is smaller. As a result the simulated time-resolved fluorescence spectrum of normal tissue showed more quickly decay. And the thickness of the tumor can also delay the fluorescence decay. Both the experimental and simulated results indicated that the germination of the tumor would increase the decay constant of the time-resolved fluorescence spectrum. So decay constant of the tumor tissue spectrum should be larger than that of adjacent normal tissue for the reason of hypoxia and overgrouth. This fact could be of use in the tumor diagnoses.     

Two-dimensional Monte Carlo simulations of structures of a suspension comprised of magnetic and nonmagnetic particles in uniform magnetic fields

The structures of suspensions comprised of magnetic and nonmagnetic particles in magnetic fields are studied using two-dimensional Monte Carlo simulations. The magnetic interaction among magnetic particles, magnetic field strength, and concentrations of both magnetic and nonmagnetic particles are considered as key influencing factors in the present work. The results show that chain-like clusters of magnetic particles are formed along the field direction. The size of the clusters increases with increasing magnetic interaction between magnetic particles, while it keeps nearly unchanged as the field strength increases. As the concentration of magnetic particles increases, both the number and size of the clusters increase. Moreover, nonmagnetic particles are found to hinder the migration of magnetic ones. As the concentration of nonmagnetic particles increases, the hindrance on migration of magnetic particles is enhanced.     

The Convergence of Markov Chain Monte Carlo Methods: From the Metropolis Method to Hamiltonian Monte Carlo

From its inception in the 1950s to the modern frontiers of applied statistics, Markov chain Monte Carlo has been one of the most ubiquitous and successful methods in statistical computing. The development of the method in that time has been fueled by not only increasingly difficult problems but also novel techniques adopted from physics. Here, the history of Markov chain Monte Carlo is reviewed from its inception with the Metropolis method to the contemporary state‐of‐the‐art in Hamiltonian Monte Carlo, focusing on the evolving interplay between the statistical and physical perspectives of the method.     

蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量的展宽技术

蒙特卡罗模拟技术可以有效提高核辐射探测分析效率、降低分析成本,在促进X荧光分析技术发展过程中也发挥了重要作用。在应用蒙特卡罗模拟能量色散X荧光分析中,为使蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量谱与实验能谱之间的物理差异更小,提出了一种模拟注量展宽算法。首先依据离散统计物理理论,建立了Si-PIN半导体探测器对X射线的响应函数模型,并利用加权非线性最小二乘法拟合得到各系数,再对系数进行归一化处理,得到归一化后的响应函数R(E, E′)。然后利用R(E, E′)对模拟注量进行展宽转换,得到脉冲幅度谱(pulse height spectrum, PHS),使模拟谱更趋近于实验谱,这样就可以通过蒙特卡罗模拟得到与实测能谱一致性较高的模拟能谱。研究中最后利用建立的探测器响应函数模型对Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Sn元素K系全能峰拟合χ2_r值在1.04～1.18范围内,对铜合金样品中六种元素特征X射线模拟注量转换结果与实验值一致性较好,并实现了对多元素混合样品复杂重迭谱的有效模拟和展宽。     

一种新的时间分辨光谱测量方法

提出用汇编语言编制程序控制单片机(AT89C51)及外围电路组成的驱动电路驱动步进电机带动单色仪旋转,得到各个期望波长的光,然后使光信号经过光电倍增管(Hamamatsu 1P28)进行光电转换后得到电信号,把电信号传进数字示波器,通过数字示波器上带有的RS232串口把光谱数据传回计算机处理得到各个波长光的衰减曲线、然后用计算机编程绘图进行处理得到时间分辨光谱的方法。这种测量时间分辨光谱方法的特点是测量各个波长光谱时,在时间上是并行测量而在波长上是串行测量的。通过测量样品Tb(o-BBA)3phen中稀土元素Tb发光的时间分辨光谱验证了这种方法的可行性。介绍了所用测试系统的各部分硬件组成和测试技术,获得了样品Tb(o-BBA)3phen的荧光强度-波长-时间的三维立体图以及对时间积分的积分谱。     

面向高保真印刷的特征光谱提取与匹配方法研究

快速、准确的进行光谱重建是高保真印刷复制研究的难点。针对多个基色参与复制造成颜色在光谱表征和油墨配比之间转换模型复杂的问题,提出了一种用于高保真印刷的特征光谱提取和匹配方法。该方法利用光谱的导数变换对印刷基色油墨的特征光谱波段进行了筛选和提取,在此基础上提出了特征光谱的多阈值编码算法;针对高保真印刷中的分区判断问题,利用导数平均特征光谱表示各分区特征,并通过目标光谱与各分区的导数平均特征光谱的光谱匹配算法,解决了高保真印刷中的分区判断问题。实验结果表明,提取的特征光谱波段能够显著代表各个基色的光谱特征,基于特征光谱的色彩转换模型精度高于基于全波段的色彩转换模型;光谱匹配算法在判断分区上达到了很高的精度,极大的提高了效率,具有较高的实用性。