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LAMOST巡天观测系统 报告时间：2009-04-21 报告人：袁海龙 项目组：中科大OCS研究组 内容概要 LAMOST望远镜简介 巡天战略系统的科学任务 约束分析 选星策略 算法研究 软件功能 LAMOST简介 LAMOST Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope 望远镜主要性能： 主镜：6.67mx6.05m 反射镜:5.72mx4.40m 通光口径：f3.6m-4.9m 视场角直径：f5° 焦面线直径：f1.75m 焦距：20m 光纤数：4000 光谱覆盖范围：370-900nm 光谱分辨率：1-0.25nm 观测天区：-10°to +90° LAMOST望远镜 巡天战略系统的科学目标 望远镜预定科学目标 星系巡天，银河系结构，类星体多波段认证等。巡天观测的目标数量上千万，观测周期长达数年。 巡天战略系统的科学目标（Survey Strategy System, SSS） 根据望远镜的科学目标和观测条件，以最优化的方式在尽可能短的时间内，制定出可行的观测计划获得科学目标所需质量要求的观测资料的系统。 它是联系天文学家与观测控制系统的中间桥梁，并能根据观测条件变化、观测需求的变化和观测结果调整计划生成。 巡天战略系统具体任务 巡天战略系统具体任务 管理巡天计划（星表） 处理观测约束 选择观测时间和观测天区 分配观测目标到光纤单元 科学要求 充分利用天文观测时间，充分发挥4000根光纤的巡天能力，在尽可能短的时间内观测尽可能多的观测目标，尽快获取符合科学要求的光谱数据。 观测约束条件 从实现形式分类： 静态约束（晨昏、月相、中天、星等、导星、SH检验、天光、定标星、优先级、焦面形状等） 动态约束（天气、望远镜状态、焦面状态等） 从影响对象分类： 时间约束（晨昏、月相、气象） 天区约束（中天、导星与SH检验、气象、望远镜状态） 可选观测目标（月相、星等、优先级、气象、望远镜状态，焦面状态，光纤防碰撞） 其它约束（人工干预） 可观测时间 中天约束和焦面约束 选星策略 动态选星： 由于LAMOST自身的特点，传统的静态选星不适合采用；LAMOST需要更加灵活的观测部署方式，使得它能够更加灵活的根据变化的约束条件和需求动态地制定观测计划。 优先策略和“最大密度，均匀分布”准则 采用优先策略，“逐步构造”，通过局部最优解，构造全局最优解。 密度越大，匹配率越高；均匀分布避免市场部分光纤“过饱”，部分“饥饿”。 算法类型 天区选择 光纤分配 天区选择算法研究 算法需求 对给定的一个大天区的星表，寻找一个视场目标数尽可能多的观测位置来进行观测，以尽可能提高光纤利用率。 天区目标可以设置优先级。算法在选择视场目标多的天区位置时，同时要优先考虑高优先级目标区域。 实时生成一个观测计划的时间要求。 已研究的算法 最大密度 均值漂移 密度库 中央亮星 算法研究：最大密度 算法原理 通过对可见天区的标准覆盖遍历找出最合适位置。 覆盖模式 直角覆盖，交错覆盖，交叉覆盖，蜂窝覆盖 算法特点 覆盖越紧凑，效果越高，相对花费的时间要多 比较费时 算法研究：均值漂移 算法原理 基于图形学的迭代算法 均值漂移量代表密度梯度增加的方向 算法对于合适的核函数具备收敛性 算法特点 需要以最大密度算法的覆盖结果作为漂移的起算点 效果比最大密度算法明显提高了 算法研究：密度库 天区密度库 原理：安装最大密度算法的基本思想，预先统计星表数据建立密度单元，由数据库保存 覆盖方式：纬度方向按固定步长增产；经度方向按固定球面距离划分，并取整。 支持观测反馈；支持天区过滤。 可以很大程度地提高观测计划生成的速度。 目前使用的算法 密度库-均值漂移算法 最大密度-均值漂移 中央亮星 光纤分配算法研究 算法需求 对于给定的视场，根据视场所有观测目标数据和焦面光纤单元参数，分配光纤单元到目标。 科学要求：尽可能多的观测目标 影响约束 观测目标与光纤单元位置 观测目标本身优先级、星等 流量定标星和天光星 光纤单元防碰撞 可选算法 基本优先算法 网络流、二部图 防碰撞优先算法 光纤目标分配 软件功能 系统开发运行平台 Java（J2se、J2ee） MySQL数据库/Oracle数据库 JacORB Linux(FC7) 软件功能 观测计划生成 系统模式 联机模式 离线模式 选星模式 区域最优位置 设定观测时间、或中天赤经 最大密度算法、均值漂移、中央亮星 人工选定观测位置 适合特殊情况人工干预 软件功能 巡天计划管理 观测星表存储；优先级、曝光设置、目标状态的管理。 焦面光纤单元参数管理 星表密度库构建和管理 基本天文信息计算 星表以及运行时数据跟踪 用户权限管理 大天区巡天观测模拟程序 界面演示：主界面