硬X射线调制望远镜成像观测高分辨率点源探测研究

The proposed project is focused on high-resolution point source detection from imaging observations of.Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT)..A rigorous definition of angular resolution is proposed for astronomical imaging system synthesized from detectors and non-linear image reconstruction programs. An adaptive algorithm of astronomical image resolution estimation is developed and used to estimate the resolution of a single image. A fast HXMT imaging observation simulator is implemented to test the consistency between the above two approaches to resolution estimation. The resolution of the HXMT imaging system with its current configuration is estimated. On this basis, imaging systems synthesized from HXMT imaging observation and various image reconstruction methods as well as their parameter configurations are analysed to reveal their performances in high-resolution point source detection. According to a comprehensive study on effects of these methods, an optimal image reconstruction scheme is suggested for HXMT, which improves the point detection performance of HXMT and eventually supports researches on X-ray compact sources such as AGNs, X-ray transients, etc., as well as X-ray diffuse objects..The methods and algorithms proposed in this project are also suitable for general astronomical imaging systems.thus can be used to estimate and optimize resolution of a general high-resolution imaging system or image reconstruction method in astronomy.

本项目以硬X射线调制望远镜（HXMT）成像观测的高分辨率点源探测为研究对象。针对探测器与非线性重建算法组成的复合型成像系统，提出严格的分辨率定义并给出基于蒙卡实验的定量估计方法；提出自适应的天文图像点源检测技术，用于估计单幅图像的分辨率；使用模拟观测数据检验上述两种相互独立的分辨率及其估计方法的一致性，并使用后者定量估计按照目前设计实现的HXMT成像系统的分辨能力。在此基础上，定量估计HXMT成像观测与不同高分辨率重建方法复合成的成像系统的点源探测能力，进而分析不同重建方法在高分辨率点源探测方面的性能差异，给出适用于HXMT成像观测的分辨率优化重建方案，提高HXMT成像观测点源探测性能，对利用该设备的成像观测研究X射线致密天体及大尺度X射线弥散源均有重要意义。本项目提出的方法也适用于一般天文成像系统，可用于一般天文高分辨率成像及图像重建的分辨率定量估计及优化。

研究内容包括适用于天文图像的点源检测方法、从单幅图像中估计分辨率的方法（预测法）、定量估计HXMT复合成像系统分辨率（实测法）、HXMT成像观测模拟器，并检验HXMT成像系统分辨率预测与实测一致性，最终研究HXMT成像观测提升对点源探测、分辨能力的优化方法。.研究给出适用于复合成像系统及特定方法的统计意义下的分辨率评估方法，并在此基础上，分析了HXMT成像观测对点源的分辨能力。制约分辨能力的首要因素仍然是信噪比，其次是调制核函数对目标频率空间采样的覆盖性。因此，建议变换扫描姿态和扫描路径，并融合多历元、多能段的扫描数据，提高对银心、银盘区域点源目标的探测和分辨能力。.此外，还研究了HXMT在轨粒子本底事例与目标X射线入射事例的离线辨别方法、随时间变化的在轨粒子本底事例率的估计方法。对上述物理过程建立了多变量事例辨别、多变量函数逼近数学模型，并设计了基于机器学习的数值求解方法，编写了相应的软件。可以进一步降低HXMT在轨粒子本底，并为解调成像提供更为精确的本底约束，从而提高解调成像过程对点源的探测灵敏度与分辨率。.上述结果已经用于HXMT科学数据分析，并支撑在轨本底处理和银河系扫描观测两个科学组工作。