The Bayesian Global Sky Model (B-GSM): Validation of a Data Driven Bayesian Simultaneous Component Separation and Calibration Algorithm for EoR Foreground Modelling
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Cavendish Laboratory, Department of Physics, University of Cambridge（剑桥大学物理系卡文迪许实验室）
该研究提出贝叶斯全局天空模型（B-GSM），一种用于<400 MHz射电前景建模的贝叶斯方法，通过嵌套采样和模型比较优化成分数量与参数化，经合成数据验证能有效校准并稳健预测天空后验。
2025-01-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Full-sky Cosmic Microwave Background Foreground Cleaning Using Machine Learning
为了从毫米和亚毫米天空的观测中提取宇宙学信息，必须首先去除前景成分以产生对宇宙微波背景（CMB）的估计。我们开发了一种机器学习方法，用于毫米和亚毫米天空的全天空温度图。我们构建了一个贝叶斯球形卷积神经网络架构，以生成一个模型，该模型可以捕获前景的光谱和形态学方面。此外，该模型输出每像素的误差估计，其中包括统计和模型的不确定性。然后使用模拟训练该模型，该模拟结合了普朗克卫星发射时可用的这些前景组件的知识。在模拟的地图上，在用预测的标准误差$>50μ$ K掩蔽地图像素之后，在整个天空上用平均绝对差$<4μ$ K恢复CMB;角功率谱也被精确地恢复。一旦通过模拟验证，该模型被应用于普朗克温度观测，从70 GHz到857 GHz的通道，以产生一个前景清洁的CMB地图，在一个Healpix地图分辨率为NSIDE=512。此外，我们证明了该技术的实用性，以评估如何以及不同的模拟相匹配的意见，特别是在热尘埃的建模。
2020-11-06 astro-ph.CO
Nearly Full-Sky Low-Multipole Cosmic Microwave Temperature Anisotropy: I. Foreground Cleaned Maps
The William H. Miller III Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文学系）
利用多频模板图组合，仅掩蔽1%像素，生成近全天CMB温度图，推荐用于低多极（ℓ<30）研究。
2026-07-02 astro-ph.CO
Determination of miscalibrated polarization angles from observed CMB and foreground $EB$ power spectra: Application to partial-sky observation
利用观测到的宇宙微波背景辐射和银河系前景辐射的$EB$偏振功率谱，研究了一种确定宇宙微波背景辐射实验中偏振角标定误差的方法。我们采用Minami等人的方法。（2019）开发用于全天空观测到地面实验，如西蒙斯天文台。我们使用公共代码NaMaster考虑了由于部分天空覆盖引起的$E$到$B$泄漏和$\ell$到$\ell$协方差。我们表明，我们的方法产生一个无偏估计的误校准的角度。我们的方法还可以同时确定的误校准的角度和固有的$EB$功率谱的偏振尘埃排放时，后者是成比例的$\sqrt{C_\ell^{EE}C_\ell^{BB}}$和$C_\ell^{BB}$是成比例的$C_\ell^{EE}$。
2020-02-10 astro-ph.CO
Galactic foreground constraints on primordial $B$-mode detection for ground-based experiments
偏振前景的污染是未来偏振宇宙微波背景（CMB）调查和原始$B$模式的潜在探测的最大挑战之一。未来的实验，如西蒙斯天文台（SO）和CMB-S4，将着眼于在天空中相对较小的区域（$f_{\rm sky} \sim 0.1$）进行非常深入的观测。在这项工作中，我们调查的预测性能，作为一个功能的调查领域的位置在天空中，在整个天空的区域，偏振前景避免和前景成分分离建模需求之间的平衡。要做到这一点，我们模拟观察SO样实验和测量的误差条检测的张量标量比，$σ(r)$，与管道，其中包括一个参数分量分离方法，相关分量分析，并使用Fisher信息矩阵。我们预测了覆盖整个天空的192个调查区域以及优化的低前景区域的性能。我们发现，建模的光谱能量分布的前景是最重要的因素，任何不匹配将导致残差和偏见的原始$B$模式。在这些噪音水平下，如果观测目标是接近银河系两极的天空中污染最少的区域，那么$σ(r)$对前景污染水平并不特别敏感。
2021-11-12 astro-ph.CO
Bayesian data analysis for sky-averaged 21-cm experiments with contamination from linearly polarised foreground
本文利用REACH贝叶斯分析流程评估偏振银河前景对全球21厘米信号提取的影响，证明在总偏振比例低于约3%时可低误差恢复注入信号。
2024-12-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Foreground Model and Antenna Calibration Errors in the Measurement of the Sky-Averaged λ21 cm Signal at z~20
宇宙暗时代在广泛再电离（z~15-200）之前最有希望的近期观测是星系际介质中氢产生的天空平均λ21 cm背景。虽然单个天线原则上可以检测到线特征，但数据分析必须分离比λ21 cm背景亮几个数量级的前景（但预计随着频率单调逐渐变化）。使用更多的物理动机模型的前景比以前的研究中，我们表明，固有的“频谱平滑度”的前景可能不是一个问题，和数据分析的理想天线应该能够检测到λ21厘米信号后，去投影一个~ 5阶多项式的log（ν）。然而，我们发现，前景信号被损坏的频率相关的响应的一个真正的天线。频率依赖性使通常基于谱平滑假设的前景建模复杂化。我们的大部分研究集中在大孔径实验，以检测黑暗时代（LEDA），它结合了辐射测量和干涉测量。我们表明，在将天线增益模式拟合到干涉测量后，剩余的统计不确定性不会影响在将7阶多项式拟合到辐射测量数据后，对一系列宇宙学模型的λ21 cm信号的提取。我们的结果推广到大多数努力来测量天空平均光谱。
2014-12-05 astro-ph.CO
Extracting 21cm signal by frequency and angular filtering
中性氢（HI）信号的提取是宇宙学21 cm实验的一大挑战，其天体物理前景和接收机噪声都比21 cm信号大几个数量级。然而，可以利用21 cm信号、前景和噪声的不同属性来分离这些分量。前景通常是平滑的或在沿着视线（l.o.s.）的频率空间上相关，而21cm信号和噪声都沿相同的L.O.S.随机变化。可以通过滤除频率空间中的平滑分量来去除前景。接收器噪声对于不同时间的观测基本上是不相关的，因此对于勘测，它们在不同方向上也是不相关的，而跟踪大尺度结构的21 cm信号在一定尺度上是相关的。在本练习中，我们在频率和角度空间中应用维纳滤波器，以提取21 cm信号。我们发现这种方法效果很好。对光束的不准确认识可能会降低重建效果，但总体结果仍然良好，表明该方法具有相当的鲁棒性。
2018-05-21 astro-ph.CO
A General Bayesian Framework to Account for Foreground Map Errors in Global 21-cm Experiments
针对全局21厘米实验中低频射电图幅度误差导致信号恢复偏差的问题，提出一种更新的贝叶斯前景模型，通过拟合单极子偏移和空间依赖尺度因子来消除误差，实现无偏检测。
2023-11-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Delta-map method to remove CMB foregrounds with spatially varying spectra
我们扩展的内部模板前景去除方法占空间变化的光谱参数，如同步辐射和尘埃排放和尘埃温度的光谱指数。由于先前的算法必须假设光谱参数在整个天空（或天空的某些重要部分）上是均匀的，这导致了根据宇宙微波背景（CMB）的前景清洁偏振图估计的张量标量比参数$r$的偏差。新的算法，“Delta映射法”，占空间变化的光谱的一阶微扰。唯一的自由参数是宇宙学参数，如$r$和天空平均前景参数。我们表明，一个干净的CMB地图是极大似然解的一阶扰动，并推导出后验分布的$r$和天空平均前景参数使用贝叶斯统计。应用这一现实的模拟天空地图，包括偏振CMB，同步加速器和热尘埃排放，我们发现，新的算法消除$r$的偏见下降到我们的无噪声模拟（$r\lesssim 4\times 10^{-4}$）未检测到的水平。我们表明，由于平均的空间变化的频谱的极化前景的频率去相关可以占到一阶扰动使用略有不同的光谱参数的斯托克斯$Q$和$U$地图。最后，我们证明了偏振反常微波辐射对前景去除的影响可以被同步辐射光谱的曲率参数所吸收。
2019-02-01 astro-ph.CO
The Optical Depth of Foregrounds for the Highest Redshift 21 cm Signals
前景发射使得在任何频率都难以探测到高度红移的宇宙学21 cm信号。然而，在低频率下，前景可能会变得光学厚，这将使其完全不可能看到背后21厘米的信号。为了找出天空中哪些区域可能是21厘米信号最高红移的光学厚度，我们将LWA1和Haslam 408 MHz地图的测量结果与双分量光谱模型相拟合，并计算整个天空中逐点的频率相关前景光学深度。目前数据的局限性使我们无法在高统计意义上做出任何强有力的结论，但有暗示性的证据（$\sim1σ$）表明，对于最高红移21厘米的信号，多达25%的天空可能被遮蔽。
2022-05-16 astro-ph.CO
The stability of deep learning for 21cm foreground removal across various sky models and frequency-dependent systematics
本文评估U-Net在三类天空模拟及频率相关波束、增益漂移下进行21cm前景去除的稳定性，发现模型一致与系统误差先验训练是保证精度的关键。
2023-11-01 astro-ph.CO
Foreground-Induced Biases in CMB Polarimeter Self-Calibration
精确的偏振测量的宇宙微波背景（CMB）需要准确的知识，仪器相对于天空框架的取向，用于定义宇宙学斯托克斯参数。可用于测量偏振计方位角的合适的天体校准源有限，因此当前的实验通常是“自校准”。“自校准方法利用了理论上的事实，即CMB的$EB$和$TB$交叉谱在标准宇宙学模型中消失，因此任何检测到的$EB$和$TB$信号都必须是由于系统误差造成的。然而，这个假设忽略了这样一个事实，即在天空的一个给定的部分极化银河前景可能有非零的$EB$和$TB$交叉光谱。如果这些前景信号保留在观测中，那么它们将使自校准望远镜偏振角偏置，并产生虚假的$B$模式信号。在本文中，我们估计前景引起的偏差为各种仪器配置，然后扩展自校准形式主义，以占极化前景信号。假设尘埃的$EB$相关信号在普朗克在353 GHz（按比例缩小到150 GHz）的角功率谱测量所限制的范围内，那么对于高角分辨率实验，偏差是可以忽略不计的，这些实验可以使用CMB主导的高$\ell$模式进行自校准。低分辨率实验观测特别多尘的天空斑块可能有$0.5^\circ$那么大的偏差。在计划实验的目标范围内，这种幅度的误校准产生与近似$r\sim2\times10^{-3}$的张量-标量比对应的伪$BB$信号。
2016-02-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Measuring the tensor to scalar ratio from CMB B-modes in presence of foregrounds
Abreg：我们研究了偏振前景发射对未来CMB实验测量张量标量比r的性能的影响。我们设计了一个组件分离管道，基于Smica方法，旨在从数据中估计r和前景污染，而无需事先假设前景的频率依赖性或空间分布。我们推导出误差条，该误差条考虑了前景贡献的不确定性。我们使用目前的知识，银河系和银河系外的前景实施的普朗克天空模型（PSM），建立模拟的天空排放的各种实验设置。我们的方法，使我们能够检测到r = 0.1，在3西格玛以上的B模式仅与普朗克数据，和r = 0.001，在6西格玛的最雄心勃勃的设计，未来的EPIC探针。我们发现，全天实验允许适当的测量的再电离凸点，尽管大规模的前景排放和污染几乎不敏感的点源和透镜，如果他们的统计贡献可以准确地建模。通过对天空中一个小而干净的部分的观测进行调查，我们发现，当测量r < 0.1时，漫射前景仍然是一个敏感的地面实验所关注的问题，其频率覆盖范围有限，但通过深场空间任务可以有效地处理，这反过来对透镜效应非常敏感。我们的结果并不显着依赖于扩散前景模型的整体水平和频率依赖性。
2009-01-08 astro-ph.CO
The Correlation Calibration of PAPER-64 data
观测来自再电离时期（EoR）的红移21厘米信号是具有挑战性的，因为明亮的前景源的污染超过了信号的几个数量级。去除这种非常高的前景依赖于精确的校准，以保持前景的固有特性与频率。这些实验常用的校准技术是基于天空模型和基于冗余基线的校准方法。然而，基于天空模型和基于冗余基线的校准方法可能分别遭受天空建模误差和阵列冗余缺陷问题。在这项工作中，我们介绍了混合相关校准（“CorrCal”）计划，其目的是通过放松冗余的阵列和包括天空信息到校准形式主义之间的差距冗余和天空为基础的校准。我们证明了轻微的改善功率谱，约$-6\%$偏差在bin的前景楔形结构的地平线上的限制，相对于功率谱之前的“CorrCal”的实施，以探测的再电离时代（PAPER）的实验，这是否则使用冗余基线校准校准的数据。楔形极限附近的前景功率谱的这种小的改善可以暗示“CorrCal”校准后的数据中减少的谱结构，这为将来校准算法和实现方法的改进奠定了基础。
2021-12-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
A new model of the microwave polarized sky for CMB experiments
我们提出了一个新的模型，微波天空中的偏振，可用于模拟数据从CMB偏振实验。我们利用普朗克卫星的最新结果，提供一个准确的描述扩散偏振前景同步加速器和热尘埃排放。我们的模型可以包括上述两个前景，也是一个异常微波发射（AME）的构造模板。可以很容易地选择前景的频率依赖性的几个选项，以反映我们的不确定性，并测试不同假设的影响。可以将小角度尺度特征添加到前景模板以模拟高分辨率观测。我们目前的模型输出的测试，以显示良好的协议与普朗克和WMAP数据。我们确定的范围内，前景光谱指数可以变化，以符合当前的数据。我们还展示了高灵敏度，高分辨率的全天空实验，如宇宙起源探测器（COrE）的预测。我们的模型是作为一个python脚本发布的，它快速且易于使用，可在\url{http://www.jb.man.ac.uk/~chervias}上获得。
2016-07-21 astro-ph.CO
All-Sky Interferometry with Spherical Harmonic Transit Telescopes
在本文中，我们描述了球谐过境望远镜，一种新的形式主义过境射电望远镜的分析。这种全天空方法绕过了传统干涉测量的弯曲天空复杂性，因此特别适合于宽场无线电干涉仪的分析。它可以实现数据及其统计数据的紧凑和计算效率的表示，从而可以采用新的方法来处理重要问题，如地图制作和前景删除。特别是，我们展示了它如何使使用的Karhunen-Loeve变换作为一个非常有效的前景过滤器，抑制现实的前景残差为我们的基准的例子，至少有一个因素低于21厘米的信号，即使在高度污染的地区的天空。这是尽管存在的角度频率模式混合固有的现实世界的仪器与频率相关的光束。我们表明，使用Fisher预测，前景清洗功率谱约束的影响不大相比，假设的前景自由测量。除了提供一个自然的现实世界的数据分析框架，目前正在建设中的21厘米望远镜和未来的实验，这种形式主义允许准确的功率谱预测，包括相互作用的设计约束和现实的实验系统与21世纪的21厘米科学。
2013-02-02 astro-ph.CO
CMB lensing with shear-only reconstruction on the full sky
本文推导了全天空仅剪切CMB透镜估计器及其m=2多极推广，并提出基于奇异值分解的可分离近似以高效计算，模拟验证其能有效抑制河外前景偏差。
2023-09-22 astro-ph.CO
Testing for foreground residuals in the Planck foreground cleaned maps: A new method for designing confidence masks
我们测试的前景残留在前景清洁普朗克宇宙微波背景（CMB）的地图外和内U73掩模通常用于宇宙学分析。本文的目的是介绍一种新的方法来验证掩模，通过查看不同的组件分离方法获得的清洁地图的差异。通过分析的功率谱，以及平均值，方差和偏度的针系数的带外和内的U73掩模，我们首先确认，已经被U73掩蔽的像素是高度污染的，不能用于宇宙学分析。我们进一步发现，U73掩模需要扩展，以减少大规模的前景残差的水平小于$20\%$的CMB波动的标准偏差内的频带最接近银河赤道。我们还在清理后的前景地图中发现了276个点源，这些点源目前没有被U73掩码所屏蔽。我们最后一个公开的扩展掩模为宇宙学分析留下了天空的$65.9\%$。请注意，这个扩展的遮罩对于局部天空斑块的分析可能很重要;在全天空分析中，银河赤道附近的额外残差可能会被平均。
2014-10-27 astro-ph.CO
Are CMB derived cosmological parameters affected by foregrounds associated to nearby galaxies?
本文通过掩蔽Planck CMB图中与近邻旋涡星系相关的新前景，发现其与局域参数变化呈3σ显著相关，但全天宇宙学参数保持不变。
2025-03-18 astro-ph.CO
Sky-averaged 21-cm signal extraction using multiple antennas with an SVD framework: the REACH case
本文提出基于SVD模式分解并联合多天线、多时间切片数据拟合的方法，以减少前景与21厘米信号模式重叠，在REACH实验中显著降低信号提取偏差与不确定度。
2023-04-06 astro-ph.CO
Separating CMB Stokes Q and U polarization signals from Non-Gaussian Emissions
本文根据宇宙微波背景的高斯性质和天体物理偏振前景的强非高斯性质的基本概念，利用WMAP九年出版的偏振图，估算了扩散前景最小化宇宙微波背景（CMB）Stokes Q和U偏振图。我们切除定义已知点源位置的天空区域，这些区域被探测器噪声或漫射前景或两者强烈污染，然后在构成整个天空区域的大约$50\%$的幸存天空区域上执行前景最小化。我们严格评估性能的前景最小化的几种方式，并表明我们的前景最小化方法从输入地图中删除了重要的前景。与WMAP前景缩减的Stokes Q，U偏振图相比，在不同的多极范围内，经过清理的Stokes Q，U偏振图具有更少的来自相关天空区域的EE和BB功率。我们验证我们的方法进行详细的蒙特卡罗模拟。我们的方法的主要驱动机制是内部线性组合（ILC）方法，然而，与通常的ILC方法中执行的简单方差最小化不同，该方法的核心依赖于理论上动机良好的CMB偏振高斯性概念，在观测和通货膨胀模型之间建立了直接联系。此外，该方法，像通常的ILC方法，是独立的偏振前景的建模不确定性。这将是有用的，应用我们的方法在未来一代低噪声CMB偏振实验。
2017-07-07 astro-ph.CO
Precision Calibration of Radio Interferometers for 21 cm Cosmology with No Redundancy and Little Knowledge of Antenna Beams and the Radio Sky
我们介绍了CALAMITY，一个精密的带通校准方法的无线电干涉测量。CALAMITY可以求解具有任意频率结构的方向无关增益，达到21 cm宇宙学所需的高精度，具有最少的前景或天线波束知识，并且不需要任何程度的冗余（重复相同基线的相同测量）。我们通过两项关键创新实现了这一目标。首先，我们使用灵活且高效的基函数集独立地对每个基线上的前景进行建模，所述基函数集与21 cm模式具有最小的重叠，并在校准的前景中执行光谱平滑。其次，我们使用现成的GPU加速API（TENSORFLOW）在单个优化循环中同时求解每个基线前景和每个频率天线增益。GPU加速对于我们的技术能够在合理的时间内同时在所有频率上为具有$\gtrsim 10$天线的干涉仪求解大量前景和增益参数至关重要。在本文中，我们给出了一个概述，我们的技术和使用现实的模拟，并证明其性能在解决和消除病理增益结构的水平，必要的测量波动在21厘米的氢气发射场在宇宙黎明和再电离。如果你想现在就开始使用CALAMITY，你可以在https://github.com/aewallwi/calamity/blob/main/examples/Calamity_Tutorial.ipynb上找到一个教程笔记本。
2021-11-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
21cm Signal Recovery via the Robust Principle Component Analysis
来自中性氢（HI）的红移21~cm信号是一种潜在的强有力的宇宙学探测器，但其观测困难在于它比银河系和河外射电源的前景辐射弱得多。然而，不同频率的前景辐射沿着一条视线是相干的，并且已经提出了基于该特性的各种前景减法方法。本文提出了一种基于鲁棒主成分分析（RPCA）的21 cm信号提取方法，该方法充分利用了21 cm信号频率协方差矩阵的稀疏性和前景信号频率协方差矩阵的低秩特性（即频率相干性），从而实现了21 cm信号的提取。前景频率协方差的低秩属性已被利用在许多以前的工作前景减法，但据我们所知，21厘米信号的频率协方差的稀疏性首次探讨在这里。通过利用RPCA方法中的这两个性质，原则上，前景和信号可以在没有信号损失问题的情况下分离。我们的方法既适用于平天近似下的小块天空，也适用于必须考虑球度的大面积天空。它也很容易被扩展到处理更复杂的情况，如天空地图的缺陷。
2018-01-12 astro-ph.CO
Avoiding bias in reconstructing the largest observable scales from partial-sky data
由于银河系辐射造成的遮蔽使从宇宙学巡天中提取信息变得复杂，并且需要结合（通常不完美的）建模和减去前景，或者去除部分天空。这尤其影响到从最大的可观测尺度中提取信息。最大似然估计重建的全天空球谐系数从部分天空地图最近已被证明是容易受到污染的天空切割，由于需要带限的数据，通过平滑重建之前。使用WMAP 7年的数据，我们调查修改后的实现，这样的估计是强大的污染物从掩蔽区域内泄漏。我们提供了一个衡量标准，根据预期的幅度残留前景，选择最合适的估计手头的任务。我们解释了为什么相关的二次最大似然估计的角功率谱不遭受平滑引起的偏见。
2011-09-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimizing Foreground Modelling for Global 21cm Cosmology with GPU-Accelerated Nested Sampling
Astrophysics Group, Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室天体物理学组）；Kavli Institute for Cosmology（卡弗里宇宙学研究所）
利用GPU加速嵌套采样，提出一种观测依赖的天空分区方案，优化前景建模，将推断时间从数百CPU年降至约两GPU天，并实现40%的模型维度缩减。
2026-07-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Recovering 21-cm signal from simulated FAST intensity maps
中性氢的21厘米强度成像是探测大尺度结构的有效工具。21厘米强度的天空图可能会受到不同前景的严重污染，例如银河系同步辐射、自由辐射、河外点源和大气噪声。我们在这里提出了一个前景成分的模型和去除方法，特别是量化的潜力五百米口径球面射电望远镜（FAST）测量HI IM。我们认为1年的观测时间与调查区域的$20,000\,{\rm deg}^{2}$捕捉显着变化的前景在天空的位置和角度尺度相对于HI信号。我们首先模拟观测天空，然后采用主成分分析（PCA）前景分离技术。我们表明，通过包括不同的前景，热和$1/f$噪声，重建的21厘米IM地图和输入的纯21厘米信号之间的标准偏差的值是$ΔT = 0.034\,{\rm mK}$，这是很好的控制。基于本征模的分析表明，基本的HI本征模仅小于天空总分量的$1$ %水平。通过从总图中减去PCA清洁的前景+噪声图，我们表明PCA方法可以以高精度恢复FAST的HI功率谱。
2021-05-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Deep Learning for CMB Foreground Removal and Beam Deconvolution: A U-Net GAN Approach
School of Physical Sciences, Indian Institute of Technology Mandi（印度技术学院曼迪分校物理科学学院）；Department of Physics, Indian Institute of Technology Delhi（印度技术学院德里分校物理系）；Oridigm Inc.（Oridigm公司）
本文提出一种U-Net GAN方法用于CMB重建，通过模拟Planck观测生成真实微波天空图，实现高保真重建，有效去除前景污染和非圆形束系统影响。
2026-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Non-gaussianity in the foreground-reduced CMB maps
[摘要]：通过使用CMB数据检测或未检测原始非高斯性不仅对于区分通货膨胀模型而且对于测试替代方案至关重要。因此，非高斯性提供了对原始宇宙物理学的一个强有力的探索。原始非高斯性的提取是一项困难的事业，因为非原始自然的几种效应可以产生非高斯性。大部分CMB数据的高斯性分析都是通过使用部分天空频率来进行的，其中使用掩模来处理银河漫射前景发射。然而，全天空地图似乎更适合于测试CMB数据的高斯性。另一方面，在一些非高斯分析中，掩模会引起偏差。在这里，我们使用两个最近的大角度非高斯指标，基于CMB地图大角度斑块的偏斜度和峰度，来检查可用的全天五年和七年WMAP地图中的非高斯问题。我们发现，这些全天空的前景减少地图提出了一个显着的偏离高斯的不同水平，这与前景减少程序。我们还进行了高斯性分析的前景减少五年和七年的WMAP地图与KQ75掩码，并与全天前景减少地图进行类似的分析进行比较。该比较显示了当采用掩模时非高斯性水平的显著降低，这提供了关于前景缩减的地图作为全天空CMB的高斯重建的适合性的指示。
2010-03-30 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Extracting the Global 21-cm signal from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization in the presence of Foreground and Ionosphere
本文首次用ANN从含前景及电离层折射、吸收和热辐射效应的全天区平均数据中提取21厘米信号参数，基于tanh模型与ARES合成信号训练，精度达96%以上，真实物理模型集上为97%–98%。
2024-01-28 astro-ph.CO
Modelling the Galactic Foreground and Beam Chromaticity for Global 21-cm Cosmology
为了表征和建模全球21厘米信号实验的光束加权前景，我们提出了一种方法，用于生成基础特征向量，结合分析和观测模型的银河光谱指数和天空亮度温度与模拟的光束具有各种角度和光谱的依赖性和指向。每个组合创建唯一的光束加权前景。通过使用奇异值分解（SVD）生成特征向量来拟合每个前景模型，我们研究了改变波束加权前景的分量的影响。我们发现，用于模拟消色差，各向同性光束的特征向量-理想情况下-几乎是相同的，无论使用的未加权的前景模型，实际上是无法区分的多项式为基础的模型。然而，当各向异性的彩色光束对前景加权时，前景的空间和光谱结构之间会引入耦合，这会使本征向量偏离多项式模型，并导致基础依赖于光束的确切特征（色度、图案、指向）和前景（光谱指数、天空亮度温度图）。我们发现，光束比前景模型的特征向量有更大的影响。对于六参数单谱拟合，任何不考虑其失真的模型都可能产生$\sim 10$ - $10^3$开尔文量级的RMS不确定性。然而，如果直接使用SVD和训练集将光束合并，则所得的本征向量产生毫开尔文水平的不确定性。给出了足够详细的描述的天空，我们的方法可以应用到任何特定的实验，具有适当的特征光束的目的，生成准确的光束加权前景模型。
2020-11-01 astro-ph.CO
Galactic foregrounds and CMB polarization
CMB偏振有望揭开测量暴胀发出的引力波背景的曙光。然而，CMB信号很微弱，很容易被银河系的前景辐射污染，因此准确测量CMB是成功观测的关键。我们回顾了宇宙微波背景辐射的偏振特性和银河系同步辐射的现有知识。然后，我们专注于S波段偏振全天巡天（S-PASS），这是最近完成的一项对整个南部天空的巡天，旨在调查银河系CMB前景。
2010-08-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Coaxing Cosmic 21cm Fluctuations from the Polarized Sky using m-mode Analysis
在本文中，我们继续发展的m-模式的形式主义，一种有效的和最佳的分析技术的宽场过境射电望远镜，针对21厘米宇宙学。我们扩展了这种形式主义，使一个准确的治疗偏振的天空，充分考虑到偏振泄漏和交叉偏振的影响。我们使用的几何形状的测量集的violet项目到纯温度模式的天空中，作为一个显着的压缩，和一个有效的第一过滤器的极化污染物。我们使用的m-模式形式主义与Karhunen-Loeve变换给出了一个高效的方法进行前景清洗，并证明其成功地清洁现实的偏振天空观察到的仪器遭受大量的离轴偏振泄漏。我们开发了一个最佳的二次估计的m-模式的形式主义，它可以有效地使用蒙特卡洛技术计算。这是用来评估前景去除功率谱约束的影响，我们发现，我们的方法可以清洁前景远低于前景楔，渲染只有规模$k_\parallel < 0.02 h \,\mathrm{Mpc}^{-1}$无法访问。由于这种方法假设望远镜的完美知识，我们进行了一个保守的测试，这是多么重要，通过模拟和分析数据集与我们假设的望远镜的偏差。假设没有其他技术，以减轻偏置，我们恢复无偏功率谱时，每馈光束宽度被测量到0.1%，放大器增益是已知的1%内每分钟。最后，作为一个例子的应用程序，我们扩展我们的预测，宽带400-800 MHz的宇宙学观测，并考虑探测暗能量的影响，发现一个中等大小的圆柱形望远镜提高了约70%的普朗克和第二阶段实验的DETF图的优点。
2014-01-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Harmonic in-painting of CMB sky by constrained Gaussian realization
在最后一个散射表面和我们的有利位置之间存在天体物理发射，需要我们在CMB天空图上应用前景掩模，导致银河系赤道周围的大切口和许多洞。由于许多CMB分析，包括非高斯性研究，可以在一个完整的天空地图上以更直接和可靠的方式进行，这是至关重要的是开发一种有效的方法来in-paint的CMB天空地图，同时仍然保持统计特性。在这封信中，我们考虑约束高斯场的蒙特卡罗模拟，并推导出它的CMB各向异性在谐波空间，其中一个可行的实现是可能的，具有良好的近似。我们将我们的方法应用于模拟数据，这证实了掩蔽区域是以符合预期统计特性的方式进行的。随后，我们将我们的方法应用到WMAP前景缩减地图，并研究了四极和八极分量之间的异常对齐。从我们的调查中，我们发现在前景减少的地图对齐甚至高于ILC地图。特别是，我们在V波段图中找到了最高的对齐，它比其他波段具有更少的前景污染。因此，我们发现很难将对齐归因于残留前景。我们的方法将是补充其他努力在绘画或重建掩盖的CMB数据，和伟大的使用普朗克测量和未来的任务。
2012-04-15 astro-ph.CO
Synchrotron and free-free mapping with simulated REACH observations between 50-170 MHz
Astrophysics Group, Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室天体物理组）；Kavli Institute for Cosmology（卡弗里宇宙学研究所）；Institute of Astronomy（天文学研究所）
通过模拟REACH观测，研究从复杂前景中分离21cm信号的能力，并评估同步辐射和自由-自由成分的映射精度。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Statistical diagnostics to identify Galactic foregrounds in B-mode maps
在宇宙微波背景（CMB）极化中寻找暴胀引力波的最新进展激发了寻找新的诊断方法，以区分银河前景对B模式的贡献和宇宙信号。我们表明，来自这些前景的B模式应该表现出与统计各向同性（SI）的局部十六极偏离。我们提出了一个简单的算法来搜索这种统一的SI违反，可能会出现在一个足够小的补丁的天空。然后，我们将展示如何搜索这些影响，如果违反SI的方向不同的调查区域，更有可能发生在调查更多的天空覆盖。如果被探测到，这些偏离高斯性的现象将表明在B模式图中存在某种程度的银河前景污染。然而，鉴于前景属性的不确定性，在将空检测归因于前景的缺失时应谨慎。
2014-10-20 astro-ph.CO
Extracting HI cosmological signal with Generalized Needlet Internal Linear Combination
氢原子强度测绘是利用氢原子21厘米发射线来测绘物质大尺度结构涨落的一种新的观测技术。高灵敏度的射电巡天具有探测低红移（z < 1）的重子声学振荡（BAO）的潜力，以限制暗能量的性质。HI信号的观测将受到仪器噪声的污染，更重要的是，受到天体物理前景的污染，例如银河系同步辐射，它至少比HI信号亮四个数量级。前景清理被认为是未来射电天文学调查的关键挑战之一。我们研究了广义Needlet内部线性组合（GNILC）方法的能力，减去无线电前景和恢复宇宙学HI信号的一般HI强度映射实验。GNILC方法是一种利用频率和空间信息分离观测数据分量的新技术。我们的结果表明，该方法是强大的前景的复杂性。对于模拟的射电观测，包括HI辐射、银河系同步加速器、银河系自由-自由射电源和0.05mK热噪声，我们发现，对于红移z ~ 0.25的多极子30 < l < 150，我们可以在50%的天空上以6%的精度重建HI功率谱。
2016-01-05 astro-ph.CO
An MCMC approach to extracting the global 21-cm signal during the cosmic dawn from sky-averaged radio observations
目前正在努力使用单个无线电偶极子的天空平均观测来观测来自“宇宙黎明”的21厘米信号。在本文中，我们开发了一个模型的观测占21厘米的信号，前景，和几个主要的仪器效果。鉴于这个模型，我们应用马尔可夫链蒙特卡罗技术来证明这些仪器的能力，从前景分离的21厘米的信号和量化的能力，以约束属性的第一个星系。为了具体起见，我们调查了40和120 MHz之间的观测与拟议的DARE任务在月球轨道上，显示其潜在的科学回报。
2011-10-25 astro-ph.CO
Foreground Mitigation and Power Spectrum Analysis for Tianlai Full-Sky 21 cm Survey Observation
National Astronomical Observatories, CAS（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Northeastern University（东北大学）
本文基于天籁圆柱路径探测器阵列的21厘米强度映射数据，研究多尺度前景抑制和三维功率谱估计，采用高精度无人机测量主束模型提升重建精度，并通过Spherical Fourier-Bessel分解方法有效分离系统性污染，为下一代宽视场21厘米巡天提供高效诊断工具。
2026-04-30 astro-ph.CO
The C-Band All-Sky Survey (C-BASS): Simulated parametric fitting in single pixels in total intensity and polarization
宇宙微波背景$B$模式信号在任何频率下都可能比大部分天空中弥漫的银河前景信号弱。从这些前景中分离CMB的常用方法是通过基于像素的参数模型拟合。目前没有足够的全天空地图来适应最简单的天空模型。通过模拟七个代表性像素的发射，我们证明，包含5 GHz的数据点允许更复杂的模型的低频前景，以适应比目前。它表明，包括CBASS数据将显着减少一些关键参数的不确定性，在银河系前景和CMB的建模。额外的数据允许估计的同步加速器光谱指数的约束比目前可能的更强烈，与相应的改进的准确性的CMB振幅的恢复。然而，我们表明，把好的限制模型的同步辐射光谱曲率将需要额外的低频数据。
2019-07-29 astro-ph.CO
Non-Gaussianity of diffuse Galactic synchrotron emission at 408 MHz
银河系低频弥散辐射是研究红移$21$ cm线的主要污染物。去除这些前景是必不可少的利用信号从中性氢在高红移。因此，分析前景及其特点至关重要。通常使用模拟前景来测试前景去除技术的功效。大多数仿真假设前景信号的分布是高斯随机场。在这项工作中，我们测试这一假设，通过计算全天空$408$ MHz地图的分箱双谱。这是通过应用不同的亮度温度（$T$）阈值来完成的，以便评估天空中较冷的部分是否具有不同的特征。我们发现，区域具有低亮度温度$T < 25$ K确实有较小的偏离高斯分布。因此，这些区域的天空是理想的未来H{ \sc i}强度映射调查。
2018-08-25 astro-ph.CO
A Global ILC Approach in Pixel Space over Large Angular Scales of the Sky using CMB Covariance Matrix
我们提出了一种新的内部线性组合（ILC）的方法在像素空间，适用于大角度尺度的天空，估计前景最小化宇宙微波背景（CMB）温度各向异性地图，结合先验知识的理论CMB协方差矩阵。相反，像素空间中的连续ILC方法不使用关于底层CMB协方差矩阵的任何信息。新的方法补充了通常的像素空间ILC技术，特别是在低多极区域，使用全球信息，从理论CMB协方差矩阵以及从数据。由于我们将我们的方法应用于包含低多极子的天空的大尺度上，因此我们在全局上执行前景最小化。我们将我们的方法应用于低分辨率普朗克和WMAP前景污染的CMB地图，并进行详细的蒙特卡罗模拟验证的方法。我们的清洁CMB地图和它的功率谱有显着小于以下通常的ILC技术在低分辨率下，不使用CMB协方差信息获得的误差。我们的方法的另一个非常重要的优点是，清洁的功率谱不具有任何负偏置在低多极，因为有效的抑制CMB前景机会相关的大角度尺度的天空。我们的清洁CMB地图和它的功率谱匹配以及与其他研究小组估计。
2017-12-28 astro-ph.CO
How to make a clean separation between CMB E and B modes with proper foreground masking
本文研究了有遮蔽天空中CMB偏振的E/B分解。在实空间中，E和B模式分解的算子仅涉及CMB偏振的微分。因此，原则上，我们可以从不完整的天空数据中进行干净的E/B分解。由于对观测数据应用二阶导数是不切实际的，我们通常依靠球谐变换和逆变换，而不是使用实空间算子。在球谐表象中，除非球谐展开到无限高的多极子，否则切空中的跳跃间断会产生吉布斯现象。通过平滑前景掩模，我们可以以与在其他作品中讨论的前景掩模的切趾类似的方式有效地抑制吉布斯现象。然而，我们通过平滑前景掩模而招致前景污染，因为原始掩模中的零值像素可能通过平滑过程而呈现为非零。在这项工作中，我们研究了一个最佳的前景掩模，它确保适当的前景掩蔽和抑制吉布斯现象。我们将我们的方法应用到模拟地图的像素分辨率相媲美的普朗克卫星。模拟结果表明，泄漏功率低于张量标量比$r\sim 1\times10^{-7}$的无透镜CMB B模功率谱。我们将结果与原始掩模的结果进行了比较。我们发现，泄漏功率减少了$10^{6} \sim 10^{9}$的一个因素，在成本的天空分数$0.07$，并在最低的多极增强是最高的。我们确认原始掩码中的所有零值像素在我们的掩码中保持为零。将这种方法应用于普朗克数据，将提高原始张量扰动的可探测性。
2013-12-07 astro-ph.CO
Probing foreground residuals in cleaned CMB temperature maps from Planck
本文分析了Planck PR4清洗后的CMB图，利用局部互相关系数统计方法探测银河系掩模外的前景残留，并基于模拟结果推导出补充掩模以进一步改善银河系掩模的作用。
2025-06-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mapping the relativistic electron gas temperature across the sky
随着灵敏度、角分辨率和频率覆盖范围的增加，未来的宇宙微波背景（CMB）实验（如PICO）将使我们能够通过相对论热Sunyaev-Zeldovich（SZ）效应获得有关星系团的新信息。我们将能够映射整个天空的相对论电子的温度，远远超出了一个简单的检测相对论SZ效应的集群堆叠方法，目前定义的国家的最先进的。在这里，我们提出了一个新的基于地图的方法，利用SZ温度矩膨胀和约束ILC方法提取电子气温度地图从前景模糊的CMB数据。这提供了一个新的独立的基于地图的可观测，电子温度功率谱$T_{\rm e}^{yy}(\ell)$，它可以用来约束宇宙学除了康普顿- $y$功率谱$C_\ell^{yy}(\ell)$。我们发现，PICO具有所需的灵敏度，分辨率和频率覆盖范围，以准确地映射整个天空的星系团的电子气温度，覆盖范围广泛的角尺度。$ν\gtrsim 300\,{\rm GHz}$的频率覆盖对于提取前景中的相对论SZ效应起着重要的作用。对于Coma，PICO将允许我们使用相对论SZ效应直接重建电子温度分布。在使用PICO去除前景后，将测量昏迷的平均电子温度以达到$10σ$显著性。像LiteBIRD这样的低角分辨率CMB实验可以实现对这个最大团簇电子温度的$2σ$到$3σ$测量。我们的分析突出了一个新的光谱窗口的热力学性质的星系团和扩散电子气在大角度尺度。
2020-04-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Reconstructing simulated CMB polarization power spectra with the Analytical Blind Separation method
多频观测需要将CMB与前景分离，并从数据中准确提取宇宙学信息。分析盲分离（ABS）方法致力于在存在天体物理前景辐射和仪器噪声污染的情况下从多频率观测中提取CMB功率谱。在这项研究中，我们应用ABS方法模拟天空地图，可以观察到与未来的星载调查，以测试该方法的能力，以确定CMB偏振$E$ -和$B$ -模式功率谱。我们提出了ABS方法的性能模拟全天空的分析和分析集中在天空区域较少影响银河前景发射。我们讨论的起源和最小化的偏差估计CMB偏振角功率谱。我们发现，ABS方法进行了相当不错的分析，在中等和小的角度尺度的全天观测，尽管强烈的前景污染。在最大的尺度上，仍然需要额外的工作来减少各种来源的偏差以及CMB $E$和$B$偏振之间的混淆对部分天空分析的影响。
2021-03-19 astro-ph.CO
Low multipole mapmaking for global 21-cm experiments
提出基于成图的方法，通过反演观测方程估计低阶天空模式，解决色散波束与前景相互作用导致的信号估计偏差问题，在SSF方法失败时仍能准确推断宇宙学信号。
2025-06-26 astro-ph.CO
Spectral Redundancy for Calibrating Interferometers and Suppressing the Foreground Wedge in 21cm Cosmology
针对21cm宇宙学观测中前景分离与高精度校准难题，提出新型nucal谱冗余校准方法，无需天空或波束模型，可有效抑制楔形区域前景且信号损失小，适用于新一代21cm强度映射实验。
2024-06-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cleaning Galactic foregrounds with spatially varying spectral dependence from CMB observations with \texttt{fgbuster}
本研究在下一代 CMB 偏振实验背景下，利用 \ exttt{fgbuster} 探讨了在不同像素子集中拟合银河系前景光谱参数的影响，表明允许光谱参数空间变化对于在控制前景残差的同时实现高信噪比至关重要。
2025-10-13 astro-ph.CO
Optimization of foreground moment deprojection for semi-blind CMB polarization reconstruction
本文提出优化的cMILC（ocMILC）流程，通过数据诊断自适应选择需反投影的前景矩数量、枢轴参数和系数，在PICO模拟中实现比NILC和cMILC更低的前景污染，并获得无偏的张标比后验。
2024-06-10 astro-ph.CO
Searching for planar signatures in WMAP
我们搜索平面偏差的统计各向同性的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）的数据，通过应用最近推出的角平面统计全天空和掩蔽的温度图，包括在我们的分析中的残留前景污染和系统的前景去除过程中的误差来源的影响。我们证实了早期的研究结果，全天空地图显示异常的平面（$l$）和角度（$\ell$）的比例$(l,\ell)=(2,5),(4,7),$和$(6,8)$，这似乎是由于未删除的前景，因为这个功能是目前在全天空地图，但不是在掩蔽的地图。另一方面，我们的测试在掩码地图中检测到比例尺$(l,\ell)=(10,8)$和$(2,9)$的轻微异常结果，但在全天空地图中没有检测到，这表明前景清理程序（用于生成全天空地图）不仅可以创建虚假异常，而且还可以隐藏现有异常。我们还发现了一个显着的痕迹，在全天地图上的比例$(l,\ell)=(10,5)$，这仍然存在，当我们考虑银河系削减18.3%和28.4%的异常。至于四极（$\ell=2$），我们发现一个相干过调制在整个天球，所有的全天空和切天空的地图。总的来说，我们的研究结果似乎表明，目前的CMB地图来自WMAP数据不显示显着的迹象，各向异性，我们的角平面估计。然而，我们已经检测到一个奇怪的一致性的平面调制的角度尺度的顺序星系的平面，这可能是一个指示残留污染的全天空和切图。
2009-09-29 astro-ph.CO
Simulated foreground predictions for HI at z = 3.35 with the Ooty Wide Field Array: I. Instrument and the foregrounds
前景去除是探测大尺度红移HI 21-cm信号的重要步骤。对前景光谱进行建模具有挑战性，并且由于望远镜的色度响应而进一步复杂化。我们提出了一个多频角功率谱（MAPS）估计用于调查红移HI 21厘米发射从z~3.35，并证明了它的能力，以准确地描述前景。这项调查将进行的两个宽场干涉仪模式的升级Ooty射电望远镜，称为Ooty宽场阵列（OWFA），在326.5兆赫。我们为OWFA量身定制了两个可见度相关性来估计MAPS并用模拟前景进行测试。在这个过程中，我们描述了一个软件模型，编码的几何形状和细节的望远镜，并模拟一个现实的模型，明亮的无线电天空。本文介绍了模拟，其中包括完整的色响应的望远镜，除了固有的频率依赖前景。我们发现，能见度相关MAPS估计器恢复输入角功率谱准确，和仪器响应的前景占主导地位的系统误差在恢复的前景功率谱。
2017-07-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
21cm Global Signal Extraction: Extracting the 21cm Global Signal using Artificial Neural Networks
使用全天空平均红移HI 21 cm信号研究宇宙黑暗时代、宇宙黎明和再电离时代（EoR）是大多数正在进行或即将进行的实验的一些关键科学目标，例如EDGES、SARAS和SKA。这个信号可以通过使用单个射电望远镜在整个天空中进行平均来检测，以全球信号的形式作为仅红移HI 21 cm频率的函数。在检测这种信号时面临的主要挑战之一是占主导地位的明亮前景。这种检测的成功在于前景去除的准确性。仪器增益波动、彩色初级波束、射频干扰（RFI）和地球电离层的存在破坏了对来自地球的无线电信号的任何观测。在这里，我们提出了使用人工神经网络（ANN）来提取微弱的红移21厘米全球信号埋在海洋中的明亮的银河前景和污染不同的仪器模型。使用ANN的最显著的优点是，当被破坏的信号被馈送到训练的网络中时，我们可以同时非常准确地提取信号和前景参数。我们的研究结果表明，人工神经网络可以检测全球信号与$\gtrsim 92 \%$的准确性，即使在模拟观测的情况下，仪器有一些残留的时变增益的频谱。
2019-12-23 astro-ph.CO physics.comp-ph
Extracting the 21-cm Power Spectrum and the reionization parameters from mock datasets using Artificial Neural Networks
\hi ~ 21厘米功率谱的探测是几个正在进行和即将进行的低频无线电干涉仪的关键科学驱动因素之一。然而，这种观测的主要挑战来自明亮的前景，准确地去除或避免这些前景是这些实验成功的关键。在这项工作中，我们演示了使用人工神经网络（ANN）从合成数据集提取\hi ~ 21-cm功率谱，并从\hi ~ 21-cm功率谱中提取再电离参数。对于第一次，使用一套模拟，我们提出了一个基于人工神经网络的框架，能够直接从总观测天空功率谱（其中包含21厘米的信号，以及前景和仪器的影响）提取\hi ~信号功率谱。为了实现这一点，我们依次使用了两个独立的神经网络的组合。作为第一步，\texttt{ANN1}预测21厘米功率谱直接从前景损坏的合成数据集。在第二步中，\texttt{ANN2}从预测的\texttt{ANN1}的\hi ~功率谱预测再电离参数。我们的基于人工神经网络的框架是在$9.01$的红移下训练的，并且对于范围内的\kk模式，是$\rm{0.17<\kk<0.37~Mpc^{-1}}$。我们已经测试了网络的性能与模拟数据集，包括前景和损坏的热噪声，对应于$1080$小时的观察\textsc{ska-1 low}和\textsc{hera}。使用我们的人工神经网络框架，我们能够恢复的\hi ~功率谱与$\approx95-99\%$的准确性为不同的测试集。对于预测的天体物理参数，我们已经达到了…
2022-02-09 astro-ph.CO
