一种基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法与流程

1.本发明属于天文信息处理领域，更具体说是涉及一种以计算机信息技术解决天文科学大数据背景下的海量星表间的天体交叉证认计算的效率问题，实现星表数据的快速时序重构。


背景技术：

2.近年来，“时域天文学”引起了天文学界的广泛关注，各国都在紧锣密鼓地展开相关研究，这其中，除了时域硬件观测设备的建设外，如何研发适合时域天文学的高性能数据处理软件系统，以快速有效地提取时域信息、抢占研究先机，已成为各国天文信息学研究的焦点。而对大视场、高时间采样的时域天文观测而言，如何对有相同目标源的批量单次观测星表进行天体证认以确定每一星体在不同观测记录间的对应关系，并排序生成每个天体的时序数据，是时域天文学研究中的一个重要数据处理步骤，是拟合光变曲线、开展时域分析研究的基础。我们称这一数据处理过程为星表数据的时序重构。
3.对于我国时域天文学研究而言，面向大规模星表数据的高效时序重构处理方法可以有效提高天文时序数据产品的生成效率，促进我国时域天文学研究的快速发展。如南极ast3望远镜，星表数据原本按照观测时间分别存放，如果借助时序重构实现指定天区和时间范围的所有天体的时序序列提取，可有效提高望远镜时序信息的利用率，推进时域分析研究的开展。
4.大规模星表的时序重构需要攻破长时间区间上多星表间的批量交叉证认的计算难题，传统交叉证认方法并不能满足时序重构问题的效率要求，因为时序重构中的交叉证认计算发生在连续拍摄的同源多星表间，对效率的要求更高，因此急需进一步的算法优化。交叉证认是天文领域常用数据处理步骤，各国均推出了相应的服务，如早期吉姆格雷为美网虚拟天文台设计的基于sql server的交叉证认服务，采用zone条带分区和内置sql指令，取得了较好的性能。其他交叉证认相关服务还包括法国斯特拉斯堡数据中心的vizier、常用可视化工具topcat、英国虚拟天文台的在线交叉证认服务等，但这些工具一般只适合于小规模星表间的非批量证认服务。
5.因此，本研究将针对批量同源星表间的大规模交叉证认计算进行算法优化，通过高效星表时序重构方法的研究为我国天文学家提供更快捷、更及时的一手时域信息资料，从而间接地对我国时域天文学领域的科学发现、科研成果的产出起到推动作用。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法，不仅可以保证批量同源星表间星体交叉证认的精度要求，更可以大幅度提高证认的效率。
7.该方法灵活、应用面广，对我国虚拟天文台建设、时域天文学的科研开展都有着重要的推动作用。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.考虑到望远镜的观测数据在位置定标后虽已消除了大部分的系统误差，但星表在一定局部范围内仍然存在少量的局部共有误差，如果能修正这部分误差不仅将有利于提高证认的精确度，而且还可以在局部范围内减少对距离计算的依赖，提高效率。基于这一原理，拟在局部范围内通过位置误差校正、索引变换来定位相匹配的天体，以减少耗时的距离计算。
具体实施方式
10.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
11.本发明实施例公开了一种基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法，不仅可以保证批量同源星表间星体交叉证认的精度要求，更可以大幅度提高证认的效率。
12.所述基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法，用于降低传统交叉证认计算方法的计算复杂度，具体来说，星表数据在位置定标后仍在一定局部范围内存在一定的共有误差，受图像对齐算法的启发，本发明提出基于局部天区位置校正的免距离计算的证认方法。方法的基本方法为：选取healpix天文数据索引中的高层及细粒度的天区划分层级，例如第11层，对某局部数据执行基于距离计算的证认算法，检测其误差规律，然后对后续一定范围内的数据通过块号变换直接实现块与块的匹配，从而直接输出证认结果。再通过一定间距的距离计算执行检测范围设定是否合理，以对范围参数不断进行动态调整。具体包括以下步骤：选择合适的天区索引方法；检验局部一致误差范围，实现参数动态调整；局部位置校正的块号变换方法。
13.所述选择合适的天区索引方法具体为：选择适合细粒度划分的天区索引方式，使每个天区块只包含数量很少天体，同时该索引的块编码变换算法采取基于位运算的快速变换方法。
14.所述检验局部一致误差范围，实现参数动态调整，具体为：对某局部数据执行基于距离计算的证认算法，检测其误差规律，然后对后续一定范围内的数据通过块号变换直接实现块与块的匹配，从而在一定范围内建立起位置校正规则，实现结果的免距离计算直接输出。然后每隔一定距离进行一次检验，如发现超出偏移范围，则采取一定的策略缩小检测间距，再次进行检验，对满足检验误差的范围直接数据结果，对检验点后续的数据重新调整检验区间和重新计算局部偏移量，并根据局部偏移量重新计算编码变换规则。
15.所述局部位置校正的块号变换算法，具体为：根据healpix和htm索引下基于位运算的快速相邻块编码变换方式，推导出局部多方位关系的块号变换方法。


技术特征：
1.一种基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法所述基于局部天区误差校正的证认方法，通过减少传统交叉证认计算中的频繁距离计算操作，降低传统交叉证认计算方法的计算复杂度，具体为：选取healpix天文数据索引中的高层及细粒度的天区划分层级，例如第11层，对某局部数据执行基于距离计算的证认算法，检测其误差规律，然后对后续一定范围内的数据通过块号变换直接实现同位置的块与块内的星体的直接匹配，从而直接输出证认结果。再通过一定间距的距离计算执行检测范围设定是否合理，以对范围参数不断进行动态调整。2.根据权利要求1所述的基于局部天区误差校正的证认方法，其在实施中具体包括以下步骤：选择合适的天区索引方法；检验局部一致误差范围，实现参数动态调整；局部位置校正的块号变换方法；所述选择合适的天区索引方法具体为：选择适合细粒度划分的天区索引方式，使95％天区块只包含小于20个天体，同时该索引的块编码变换算法采取基于位运算的高效算法；所述检验局部一致误差范围，实现参数动态调整，具体为：对某局部数据执行基于距离计算的证认算法，检测其误差规律，然后对后续一定范围内的数据通过块号变换直接实现块与块的匹配，从而在一定范围内建立起位置校正规则，实现结果的免距离计算直接输出。然后每隔一定距离进行一次检验，如发现超出偏移范围，则采取一定的策略缩小检测间距，再次进行检验，对满足检验误差的范围直接输出结果，对检验点后续的数据重新调整检验区间和重新计算局部偏移量，并根据局部偏移量重新计算编码变换规则；所述局部位置校正的块号变换算法，具体为：根据healpix和htm索引下基于位运算的快速相邻块编码变换方式，推导出局部多方位关系的块号变换方法。

技术总结
本发明公开了一种基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法。在近年来的时域天文学背景下，对大视场、高时间采样的时域天文观测而言，天文星表数据的时序重构是开展时域分析的重要基础。天文星表数据的时序重构就是在同源批量星表间进行天体的位置证认，以确定每一星体在不同观测记录间的对应关系，并按照时间顺序重新排布星表数据的过程。时序数据证认与传统异源两星表间的多波段交叉证认不同，是连续拍摄下的众多同源星表间的证认，对效率要求更高。本发明提出了一种基于局部天区误差校正的面向星表数据的时序重构方法，在保证证认精度的基础上提高算法的效率，使大规模批量星表间的时序重构成为可能。模批量星表间的时序重构成为可能。


技术研发人员：赵青 徐丹滢 史艳翠
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：2020.05.22
技术公布日：2021/11/25