LAMOST巡天观测系统

1、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oLAMOST望远镜简介望远镜简介o巡天战略系统的科学任务巡天战略系统的科学任务o约束分析约束分析o选星策略选星策略o算法研究算法研究o软件功能软件功能LAMOST简介oLAMOSTnLarge Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescopeo望远镜主要性能：望远镜主要性能：主镜：主镜：6.67mx6.05m反射镜反射镜:5.72mx4.40m通光口径：通光口径：f f3.6m-4.9m3.6m-4.9m视场角直径：视场角直径：f f5

2、5焦面线直径：焦面线直径：f f1.75m1.75m焦距：焦距：20m20m光纤数：光纤数：40004000光谱覆盖范围：光谱覆盖范围：370-900nm370-900nm光谱分辨率：光谱分辨率：1-0.25nm1-0.25nm观测天区：观测天区：-10-10to +90to +90LAMOST望远镜巡天战略系统的科学目标o望远镜预定科学目标望远镜预定科学目标n星系巡天，银河系结构，类星体多波段认证等。巡天观星系巡天，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。测的目标数量上千万，观测周期长达数年。o巡天战略系统的科学目标（巡天战略系统的科学目标（Survey

3、Strategy System, SSS）n根据望远镜的科学目标和观测条件，以最优化的方式在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。标所需质量要求的观测资料的系统。n它是联系天文学家与观测控制系统的中间桥梁，并能根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。生成。巡天战略系统具体任务巡天战略系统具体任务o巡天战略系统具体任务巡天战略系统具体任务n管理巡天计

4、划（星表）管理巡天计划（星表）n处理观测约束处理观测约束n选择观测时间和观测天区选择观测时间和观测天区n分配观测目标到光纤单元分配观测目标到光纤单元o科学要求科学要求n充分利用天文观测时间，充分发挥充分利用天文观测时间，充分发挥4000根光根光纤的巡天能力，在尽可能短的时间内观测尽可纤的巡天能力，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能多的观测目标，尽快获取符合科学要求的光谱数据。谱数据。观测约束条件观测约束条件o从实现形式分类：从实现形式分类：n静态约束（晨昏、月相、中天、星等、导星、静态约束（晨昏、月相、中天、星等、导星、SH检验、检验、天光、定标星、优先级、焦

5、面形状等）天光、定标星、优先级、焦面形状等）n动态约束（天气、望远镜状态、焦面状态等）动态约束（天气、望远镜状态、焦面状态等）o从影响对象分类：从影响对象分类：n时间约束（晨昏、月相、气象）时间约束（晨昏、月相、气象）n天区约束（中天、导星与天区约束（中天、导星与SH检验、气象、望远镜状态）检验、气象、望远镜状态）n可选观测目标（月相、星等、优先级、气象、望远镜状可选观测目标（月相、星等、优先级、气象、望远镜状态，焦面状态，光纤防碰撞）态，焦面状态，光纤防碰撞）n其它约束（人工干预）其它约束（人工干预）可观测时间可观测时间中天约束和焦面约束中天约束和焦面约束选星策略选星策略o动态选星：动态选星

6、：n由于由于LAMOST自身的特点，传统的静态选星不适合采用；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。活的根据变化的约束条件和需求动态地制定观测计划。o优先策略和优先策略和“最大密度，均匀分布最大密度，均匀分布”准则准则n采用优先策略，采用优先策略，“逐步构造逐步构造”，通过局部最优解，构造全局最，通过局部最优解，构造全局最优解。优解。n密度越大，匹配率越高；均匀分布避免市场部分光纤密度越大，匹配率越高；均匀分布避免市场部分光纤“过饱过饱”，部分部分

7、“饥饿饥饿”。o算法类型算法类型n天区选择天区选择n光纤分配光纤分配天区选择算法研究天区选择算法研究o算法需求算法需求n对给定的一个大天区的星表，寻找一个视场目标数尽可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。能多的观测位置来进行观测，以尽可能提高光纤利用率。n天区目标可以设置优先级。算法在选择视场目标多的天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。区位置时，同时要优先考虑高优先级目标区域。n实时生成一个观测计划的时间要求。实时生成一个观测计划的时间要求。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密度库密度库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通过对可见天区的标准覆通过对可见天区的标准覆盖遍历找出最合适位置。盖遍历找出最合适位置。o覆盖模式覆盖模式n直角覆盖，交错覆盖，交直角覆盖，交错覆盖，交叉覆盖，蜂窝覆盖叉覆盖，蜂窝覆盖o算法特点算法特点n覆盖越紧凑，效果越高，覆盖越紧凑，效果越高，相对花费的时间要多相对花费的时间要多n比较费时比较费时算法研究：均值漂移算法研究：均值漂移o算法原理算法原理n基于图形学的迭代算法基于图形学的迭代算法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算法对于合适的核函数

9、算法对于合适的核函数具备收敛性具备收敛性o算法特点算法特点n需要以最大密度算法的需要以最大密度算法的覆盖结果作为漂移的起覆盖结果作为漂移的起算点算点n效果比最大密度算法明效果比最大密度算法明显提高了显提高了)1(0)1(1)(1)(:)()()()()(11xifxifxGxwexamplexwhxxGxxwhxxGxmniiiniiiih算法研究：密度库算法研究：密度库o天区密度库天区密度库n原理：安装最大密度算法的基本思想，预先统计星表数原理：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，由数据库保存据建立密度单元，由数据库保存n覆盖方式：纬度方向按固定步长增产；经度方向按固定

10、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。球面距离划分，并取整。n支持观测反馈；支持天区过滤。支持观测反馈；支持天区过滤。n可以很大程度地提高观测计划生成的速度。可以很大程度地提高观测计划生成的速度。o目前使用的算法目前使用的算法n密度库密度库-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纤分配算法研究光纤分配算法研究o算法需求算法需求n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。参数，分配光纤单元到目标。n科学要求：尽可能多的观测目标科学要

11、求：尽可能多的观测目标o影响约束影响约束n观测目标与光纤单元位置观测目标与光纤单元位置n观测目标本身优先级、星等观测目标本身优先级、星等n流量定标星和天光星流量定标星和天光星n光纤单元防碰撞光纤单元防碰撞o可选算法可选算法n基本优先算法基本优先算法n网络流、二部图网络流、二部图n防碰撞优先算法防碰撞优先算法光纤目标分配光纤目标分配软件功能软件功能o系统开发运行平台系统开发运行平台nJava（J2se、J2ee）nMySQL数据库数据库/Oracle数据库数据库nJacORBnLinux(FC7)CorbaJava（J2se，J2ee）关系数据库关系数据库MySQL/Oracle操作系统：操作系

12、统：Linux（Fedora）/WinSSS软件功能软件功能o观测计划生成观测计划生成n系统模式系统模式o联机模式联机模式o离线模式离线模式n选星模式选星模式o区域最优位置区域最优位置n设定观测时间、或中天赤经设定观测时间、或中天赤经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人工选定观测位置人工选定观测位置n适合特殊情况人工干预适合特殊情况人工干预软件功能软件功能o巡天计划管理巡天计划管理n观测星表存储；优先级、曝光设置、目标状态的管理。观测星表存储；优先级、曝光设置、目标状态的管理。o焦面光纤单元参数管理焦面光纤单元参数管理o星表密度库构建和管理星表密度库构建和管理o基本天文信息计算基本天文信息计算o星表以及运行时