LAMOST巡天觀測系統(tǒng)

1、LAMOST巡天觀測系統(tǒng)報告時間：2009-04-21報告人：袁海龍項目組：中科大OCS研究組內(nèi)容概要oLAMOST望遠鏡簡介望遠鏡簡介o巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的科學(xué)任務(wù)巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的科學(xué)任務(wù)o約束分析約束分析o選星策略選星策略o算法研究算法研究o軟件功能軟件功能LAMOST簡介oLAMOSTnLarge Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescopeo望遠鏡主要性能：望遠鏡主要性能：主鏡：主鏡：6.67mx6.05m反射鏡反射鏡:5.72mx4.40m通光口徑：通光口徑：f f3.6m-4.9m3.6m-4.9m視場角直徑：視場角直徑：f f5

2、5焦面線直徑：焦面線直徑：f f1.75m1.75m焦距：焦距：20m20m光纖數(shù)：光纖數(shù)：40004000光譜覆蓋范圍：光譜覆蓋范圍：370-900nm370-900nm光譜分辨率：光譜分辨率：1-0.25nm1-0.25nm觀測天區(qū)：觀測天區(qū)：-10-10to +90to +90LAMOST望遠鏡巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的科學(xué)目標(biāo)o望遠鏡預(yù)定科學(xué)目標(biāo)望遠鏡預(yù)定科學(xué)目標(biāo)n星系巡天，銀河系結(jié)構(gòu)，類星體多波段認證等。巡天觀星系巡天，銀河系結(jié)構(gòu)，類星體多波段認證等。巡天觀測的目標(biāo)數(shù)量上千萬，觀測周期長達數(shù)年。測的目標(biāo)數(shù)量上千萬，觀測周期長達數(shù)年。o巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的科學(xué)目標(biāo)（巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的科學(xué)目標(biāo)（Survey

3、Strategy System, SSS）n根據(jù)望遠鏡的科學(xué)目標(biāo)和觀測條件，以最優(yōu)化的方式在根據(jù)望遠鏡的科學(xué)目標(biāo)和觀測條件，以最優(yōu)化的方式在盡可能短的時間內(nèi)，制定出可行的觀測計劃獲得科學(xué)目盡可能短的時間內(nèi)，制定出可行的觀測計劃獲得科學(xué)目標(biāo)所需質(zhì)量要求的觀測資料的系統(tǒng)。標(biāo)所需質(zhì)量要求的觀測資料的系統(tǒng)。n它是聯(lián)系天文學(xué)家與觀測控制系統(tǒng)的中間橋梁，并能根它是聯(lián)系天文學(xué)家與觀測控制系統(tǒng)的中間橋梁，并能根據(jù)觀測條件變化、觀測需求的變化和觀測結(jié)果調(diào)整計劃據(jù)觀測條件變化、觀測需求的變化和觀測結(jié)果調(diào)整計劃生成。生成。巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)具體任務(wù)巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)具體任務(wù)o巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)具體任務(wù)巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)具體任務(wù)n管理巡天計

4、劃（星表）管理巡天計劃（星表）n處理觀測約束處理觀測約束n選擇觀測時間和觀測天區(qū)選擇觀測時間和觀測天區(qū)n分配觀測目標(biāo)到光纖單元分配觀測目標(biāo)到光纖單元o科學(xué)要求科學(xué)要求n充分利用天文觀測時間，充分發(fā)揮充分利用天文觀測時間，充分發(fā)揮4000根光根光纖的巡天能力，在盡可能短的時間內(nèi)觀測盡可纖的巡天能力，在盡可能短的時間內(nèi)觀測盡可能多的觀測目標(biāo)，盡快獲取符合科學(xué)要求的光能多的觀測目標(biāo)，盡快獲取符合科學(xué)要求的光譜數(shù)據(jù)。譜數(shù)據(jù)。觀測約束條件觀測約束條件o從實現(xiàn)形式分類：從實現(xiàn)形式分類：n靜態(tài)約束（晨昏、月相、中天、星等、導(dǎo)星、靜態(tài)約束（晨昏、月相、中天、星等、導(dǎo)星、SH檢驗、檢驗、天光、定標(biāo)星、優(yōu)先級、焦

5、面形狀等）天光、定標(biāo)星、優(yōu)先級、焦面形狀等）n動態(tài)約束（天氣、望遠鏡狀態(tài)、焦面狀態(tài)等）動態(tài)約束（天氣、望遠鏡狀態(tài)、焦面狀態(tài)等）o從影響對象分類：從影響對象分類：n時間約束（晨昏、月相、氣象）時間約束（晨昏、月相、氣象）n天區(qū)約束（中天、導(dǎo)星與天區(qū)約束（中天、導(dǎo)星與SH檢驗、氣象、望遠鏡狀態(tài)）檢驗、氣象、望遠鏡狀態(tài)）n可選觀測目標(biāo)（月相、星等、優(yōu)先級、氣象、望遠鏡狀可選觀測目標(biāo)（月相、星等、優(yōu)先級、氣象、望遠鏡狀態(tài)，焦面狀態(tài)，光纖防碰撞）態(tài)，焦面狀態(tài)，光纖防碰撞）n其它約束（人工干預(yù)）其它約束（人工干預(yù)）可觀測時間可觀測時間中天約束和焦面約束中天約束和焦面約束選星策略選星策略o動態(tài)選星：動態(tài)選星

6、：n由于由于LAMOST自身的特點，傳統(tǒng)的靜態(tài)選星不適合采用；自身的特點，傳統(tǒng)的靜態(tài)選星不適合采用；LAMOST需要更加靈活的觀測部署方式，使得它能夠更加靈需要更加靈活的觀測部署方式，使得它能夠更加靈活的根據(jù)變化的約束條件和需求動態(tài)地制定觀測計劃。活的根據(jù)變化的約束條件和需求動態(tài)地制定觀測計劃。o優(yōu)先策略和優(yōu)先策略和“最大密度，均勻分布最大密度，均勻分布”準(zhǔn)則準(zhǔn)則n采用優(yōu)先策略，采用優(yōu)先策略，“逐步構(gòu)造逐步構(gòu)造”，通過局部最優(yōu)解，構(gòu)造全局最，通過局部最優(yōu)解，構(gòu)造全局最優(yōu)解。優(yōu)解。n密度越大，匹配率越高；均勻分布避免市場部分光纖密度越大，匹配率越高；均勻分布避免市場部分光纖“過飽過飽”，部分部分

7、“饑餓饑餓”。o算法類型算法類型n天區(qū)選擇天區(qū)選擇n光纖分配光纖分配天區(qū)選擇算法研究天區(qū)選擇算法研究o算法需求算法需求n對給定的一個大天區(qū)的星表，尋找一個視場目標(biāo)數(shù)盡可對給定的一個大天區(qū)的星表，尋找一個視場目標(biāo)數(shù)盡可能多的觀測位置來進行觀測，以盡可能提高光纖利用率。能多的觀測位置來進行觀測，以盡可能提高光纖利用率。n天區(qū)目標(biāo)可以設(shè)置優(yōu)先級。算法在選擇視場目標(biāo)多的天天區(qū)目標(biāo)可以設(shè)置優(yōu)先級。算法在選擇視場目標(biāo)多的天區(qū)位置時，同時要優(yōu)先考慮高優(yōu)先級目標(biāo)區(qū)域。區(qū)位置時，同時要優(yōu)先考慮高優(yōu)先級目標(biāo)區(qū)域。n實時生成一個觀測計劃的時間要求。實時生成一個觀測計劃的時間要求。o已研究的算法已研究的算法n最大密度

8、最大密度n均值漂移均值漂移n密度庫密度庫n中央亮星中央亮星算法研究：最大密度算法研究：最大密度o算法原理算法原理n通過對可見天區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)覆通過對可見天區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)覆蓋遍歷找出最合適位置。蓋遍歷找出最合適位置。o覆蓋模式覆蓋模式n直角覆蓋，交錯覆蓋，交直角覆蓋，交錯覆蓋，交叉覆蓋，蜂窩覆蓋叉覆蓋，蜂窩覆蓋o算法特點算法特點n覆蓋越緊湊，效果越高，覆蓋越緊湊，效果越高，相對花費的時間要多相對花費的時間要多n比較費時比較費時算法研究：均值漂移算法研究：均值漂移o算法原理算法原理n基于圖形學(xué)的迭代算法基于圖形學(xué)的迭代算法n均值漂移量代表密度梯均值漂移量代表密度梯度增加的方向度增加的方向n算法對于合適的核函數(shù)

9、算法對于合適的核函數(shù)具備收斂性具備收斂性o算法特點算法特點n需要以最大密度算法的需要以最大密度算法的覆蓋結(jié)果作為漂移的起覆蓋結(jié)果作為漂移的起算點算點n效果比最大密度算法明效果比最大密度算法明顯提高了顯提高了)1(0)1(1)(1)(:)()()()()(11xifxifxGxwexamplexwhxxGxxwhxxGxmniiiniiiih算法研究：密度庫算法研究：密度庫o天區(qū)密度庫天區(qū)密度庫n原理：安裝最大密度算法的基本思想，預(yù)先統(tǒng)計星表數(shù)原理：安裝最大密度算法的基本思想，預(yù)先統(tǒng)計星表數(shù)據(jù)建立密度單元，由數(shù)據(jù)庫保存據(jù)建立密度單元，由數(shù)據(jù)庫保存n覆蓋方式：緯度方向按固定步長增產(chǎn)；經(jīng)度方向按固定

10、覆蓋方式：緯度方向按固定步長增產(chǎn)；經(jīng)度方向按固定球面距離劃分，并取整。球面距離劃分，并取整。n支持觀測反饋；支持天區(qū)過濾。支持觀測反饋；支持天區(qū)過濾。n可以很大程度地提高觀測計劃生成的速度?？梢院艽蟪潭鹊靥岣哂^測計劃生成的速度。o目前使用的算法目前使用的算法n密度庫密度庫-均值漂移算法均值漂移算法n最大密度最大密度-均值漂移均值漂移n中央亮星中央亮星光纖分配算法研究光纖分配算法研究o算法需求算法需求n對于給定的視場，根據(jù)視場所有觀測目標(biāo)數(shù)據(jù)和焦面光纖單元對于給定的視場，根據(jù)視場所有觀測目標(biāo)數(shù)據(jù)和焦面光纖單元參數(shù)，分配光纖單元到目標(biāo)。參數(shù)，分配光纖單元到目標(biāo)。n科學(xué)要求：盡可能多的觀測目標(biāo)科學(xué)要

11、求：盡可能多的觀測目標(biāo)o影響約束影響約束n觀測目標(biāo)與光纖單元位置觀測目標(biāo)與光纖單元位置n觀測目標(biāo)本身優(yōu)先級、星等觀測目標(biāo)本身優(yōu)先級、星等n流量定標(biāo)星和天光星流量定標(biāo)星和天光星n光纖單元防碰撞光纖單元防碰撞o可選算法可選算法n基本優(yōu)先算法基本優(yōu)先算法n網(wǎng)絡(luò)流、二部圖網(wǎng)絡(luò)流、二部圖n防碰撞優(yōu)先算法防碰撞優(yōu)先算法光纖目標(biāo)分配光纖目標(biāo)分配軟件功能軟件功能o系統(tǒng)開發(fā)運行平臺系統(tǒng)開發(fā)運行平臺nJava（J2se、J2ee）nMySQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫/Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫nJacORBnLinux(FC7)CorbaJava（J2se，J2ee）關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫MySQL/Oracle操作系統(tǒng)：操作系

12、統(tǒng)：Linux（Fedora）/WinSSS軟件功能軟件功能o觀測計劃生成觀測計劃生成n系統(tǒng)模式系統(tǒng)模式o聯(lián)機模式聯(lián)機模式o離線模式離線模式n選星模式選星模式o區(qū)域最優(yōu)位置區(qū)域最優(yōu)位置n設(shè)定觀測時間、或中天赤經(jīng)設(shè)定觀測時間、或中天赤經(jīng)n最大密度算法、均值漂移、中央亮星最大密度算法、均值漂移、中央亮星o人工選定觀測位置人工選定觀測位置n適合特殊情況人工干預(yù)適合特殊情況人工干預(yù)軟件功能軟件功能o巡天計劃管理巡天計劃管理n觀測星表存儲；優(yōu)先級、曝光設(shè)置、目標(biāo)狀態(tài)的管理。觀測星表存儲；優(yōu)先級、曝光設(shè)置、目標(biāo)狀態(tài)的管理。o焦面光纖單元參數(shù)管理焦面光纖單元參數(shù)管理o星表密度庫構(gòu)建和管理星表密度庫構(gòu)建和管理o基本天文信息計算基本天文信息計算o星表以及運行時