郭守敬望远镜目标分配优化及在线测试系统研究

The Guoshoujing Telescope is able to obtain a large number of spectra at one time in a 2.5 degree field of view with its 4000 fiber on the focal surface. At present the Survey Strategy System (SSS) has taken the physical condition in to account and already has the ability to support a long time large sky area spectral survey stably, but it still needs further optimization. The difficulty of the target allocation process, as an optimization problem and one of the key tasks of the SSS, is that one cannot seek out the best scheme in polynomial time. What we can do is to try to find better scheme using some indirect methods, like “Center first strategy” and “Less target covering fiber unit first strategy”. In addition the focal plate rotation angle and spectrograph/fiber status can also be considered to optimize allocation. This work will mainly include: 1) utilizing the Simulate Anneal Arithmetic (SAA) to search for better optimization approach; 2) increasing the sky coverage completeness and building a quick program for small sky region test observation after considering the focal plate rotation angle; 3) realizing an online target allocation testing system. This work will more efficiently improve the fiber utilization ratio and sky coverage completeness and provide users with more convenient target allocation testing environment.

在郭守敬望远镜的大天区光谱巡天中，光谱产品的数量和完备程度是两个重要的指标。为每一次观测分配尽可能多的科学目标，提高光纤利用率，一直是巡天战略系统SSS的核心任务之一。从最大化分配数的角度考虑，算法的难点在于不能在多项式时间复杂度内寻找到最佳分配，只能通过间接途径寻找合适的优化方案，例如目前使用的中央优先和覆盖目标少的光纤优先的策略。本工作期望借鉴国际上已有望远镜的成功经验，结合硬件特色，首次建立模拟退火算法优化模型，利用实际巡天星表开展测试，寻找算法最合适的运行参数，提高光纤分配数，并测试其在考虑目标优先级时的性能；配合不同焦面转角，提高多次分配中的总体覆盖完备率；建立小天区覆盖测试的快速方案和用户在线测试系统。本工作将为每年的观测增加数万条光谱产出，改善小天区覆盖的完备性，提升光谱科学价值，为科学用户提供与实际运行参数关联的在线测试平台，扩大用户参与程度，为提高观测效率提供参考依据。

在郭守敬望远镜的大天区光谱巡天中，光谱产品的数量和完备程度是两个重要的指标。为每一次观测分配尽可能多的科学目标，提高光纤利用率，一直是巡天战略系统SSS的核心任务之一。从最大化分配数的角度考虑，算法的难点在于不能在多项式时间复杂度内寻找到最佳分配，只能通过间接途径寻找合适的优化方案，例如目前使用的中央优先和覆盖目标少的光纤优先的策略。本工作期望借鉴国际上已有望远镜的成功经验，结合硬件特色，首次建立模拟退火算法优化模型，利用实际巡天星表开展测试，寻找算法最合适的运行参数，提高光纤分配数，并测试其在考虑目标优先级时的性能；配合不同焦面转角，提高多次分配中的总体覆盖完备率；建立小天区覆盖测试的快速方案和用户在线测试系统。通过本工作的研究，目前系统的算法模块进行了整体重构和升级，兼容多套分配算法，具备多种特殊功能，增加了模拟退火算法模块，能根据目标用户优先级、特殊标志位和光纤单元状态等参数进行优化分配，能合理处理历史分配和重复分配，提供多种客户应用模式，满足不同场合的各种需求，能提高分配率2~4%；对模拟退火算法的步数等参数进行了测试优化；定量分析表明用户优先级对分配的影响程度为5%左右，调整了正式巡天目标的优先级，提高了红蓝端目标的观测概率；研究表明多转角和多中心模式能有效提高覆盖完备率约10%，局部完备率达到99%以上，具有重要科学意义；针对河外源进行了区域天区覆盖测试，验证了覆盖模式对覆盖效率的明显影响，估计了一年到三年覆盖完备情况；建立导星多转角搜索程序及运行环境，对不同银纬区域的中央星进行了局部测试，银晕中央星可用转角数一般小于10，而银盘约为40；完成多中心和多转角综合分配算法设计和实现；建设在线测试平台，已具备比较完善的数据查询功能，具备了观测计划在线生成和发布功能，为望远镜的测试观测和中分辨观测准备了数千观测计划。