FAST望远镜中性氢观测校准技术的相关研究

Hydrogen is the most widely distributed and abundant element in the universe. Performing neutral hydrogen (HI) line survey is one of the major scientific goals of the Five hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST), completed in September 2016 in Guizhou, China. Performing calibrations scientifically and accurately is the key element to carry out HI line observations, and make use of FAST's superb sensitivity. This project will search for the optimized observing strategies for HI-related researches, on the basis of the characteristics of the FAST telescope, as well as perform systematical measurements of calibration-related parameters of the telescope. At the same time, we will develop related techniques for spectral line data reduction pipeline, in order to suppress standing waves as well as temporal variations of the baseline, to flag radio frequency interference more effectively, and to get the entire calibration process through. Once FAST finish its commissioning runs, and begin scientific operations, the out comings of this project can be directly applied as guidance of the telescope's observations and data reductions. Also, these results can be applied to other radio telescopes.

氢是宇宙中分布最广、数量最多的化学元素。2016年9月在中国贵州省落成的五百米口径球面射电望远镜（FAST）即以中性氢谱线巡天作为主要科学目标之一。而为了顺利进行中性氢谱线观测，充分发挥FAST的灵敏度优势，科学而准确的校准工作必不可少。本课题旨在结合FAST的特点，来寻找最适宜中性氢研究的望远镜工作模式，并针对校准必需的望远镜指标进行系统性测量；同时为谱线数据处理程序研究相关的校准技术，探讨抑制基线中的驻波成分和时变现象，开发更加有效地标记射频干扰的方法，疏通校准流程。相关研究结果可以在FAST完成调试、正式投入科学运营后直接指导望远镜的观测和数据处理工作，同时也将为其他射电望远镜的使用积累经验。

500米口径球面射电望远镜（FAST）的主要科学目标之一是中性氢（HI）谱线观测。基于HI巡天的实际需要，本项目以射电谱线观测数据的校准方法作为研究目标，重点关注射频干扰（RFI）的扣除、谱线数据基线的修正、望远镜性能的监测，以及数据处理流程的自动化等问题，并致力于将研究结果用于实际观测。在本项目执行期内，项目组完善了基于卷积神经网络技术的RFI识别程序RFI-Net，并针对FAST望远镜的观测数据体量对其进行了优化与并行化，基本实现了对谱线观测数据的实时化标注；参与了FAST望远镜19波束接收机校准用噪声管以及天线增益的定期监测，并定期为FAST官方网站提供噪声谱的测试报告；搭建了谱线观测数据的自动化综合处理框架；同时还针对巡天观测后续成图的需要，参与开发了观测数据栅格化处理程序HCGrid；针对FAST数据大体量的现实需求，提出了借助HDF5格式并行处理的解决方案。这些工作将为FAST望远镜今后谱线观测的开展以及科学成果的取得奠定坚实的基础。除了谱线数据校准算法的相关研究，项目组还借助FAST望远镜积极开展科学观测，发表了包括FAST第一篇河外HI吸收线研究在内的多篇学术论文，并参与发现了新的河外HI吸收体SDSS J155900.65+275907.4；还探讨了FAST望远镜观测伽玛射线暴射电余辉的前景。