The Epoch of Reionization Window: II. Statistical Methods for Foreground Wedge Reduction
为了成功测量21 cm再电离时期（EoR）功率谱，必须稳健地抑制强前景污染物。这些前景来自不同的来源（如银河系同步辐射和河外点源），但几乎所有的共享的属性是光谱平滑，当通过干涉仪的色度响应，占据了一个签名“楔形”在圆柱形$k_\perp k_\parallel$傅立叶空间的区域。前景楔形的补充被称为“EoR窗口”，并且预计大部分是无前景的，允许功率谱的干净测量。本文是前一篇论文的续篇，该论文建立了一个严格的数学框架来描述前景楔形和EoR窗口。在这里，我们使用我们的框架来探索统计方法，通过该方法可以扩大EoR窗口，从而增加功率谱测量的灵敏度。我们适应FKP近似（常用于星系调查）21厘米宇宙学，也比较最佳的二次估计简单的估计，忽略不同傅立叶模式之间的协方差。发现最佳二次估计量可以通过EoR窗口外围功率的额外因子$\sim 10^5$来抑制前景，从而增强对从$12σ$到$50σ$的宇宙学信号的检测在我们的基准模型中再电离的中点。如果数值问题可以处理，去相关技术允许EoR窗口进一步扩大，使测量能够深入前景楔形。这些技术不假设前景是高斯分布的，我们还证明了最后一轮的前景减法可以在去相关后以保证没有宇宙学信号损失的方式进行。
2014-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Exploring the Cosmic Reionization Epoch in Frequency Space: An Improved Approach to Remove the Foreground in 21 cm Tomography
为了正确地恢复宇宙再电离过程中中性氢发射的红移21 cm信号，我们重新审视了基于频率空间二次多项式拟合技术的分离方法，通过样本统计定量评估恢复的21 cm信号质量，研究它们是否能在复杂前景下令人满意地工作。我们构造前景模型来表征真实天空的空间和光谱子结构，并使用它来模拟观测到的无线电频谱。通过对21 cm谱和功率谱的统计分析，比较不同分离方法对再电离过程的平均晕偏$b$和平均电离分数$x_e$的影响，在$z=8$和60 mK的噪声水平下，我们发现，尽管复杂前景可以用二次多项式展开很好地近似，丢失了21 cm信号的Mpc尺度分量的显著部分（对于$\gtrsim 6h^{-1}$ Mpc尺度为75%，对于$\gtrsim 1h^{-1}$ Mpc尺度为34%），因为当应用单窄段分离方法时，其倾向于被误识别为前景的一部分。本文提出的三窄段拟合技术能最好地恢复21 cm信号，并能最精确地确定$b$和$x_e$。类似的结果可以在其他红移得到。
2012-11-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
The precision and accuracy of early Epoch of Reionization foreground models: comparing MWA and PAPER 32-antenna source catalogs
作为观测的再电离时代（EoR）在红移21厘米发射开始，我们评估的精度阵列探测再电离时代（PAPER）和默奇森宽场阵列的早期目录结果的准确性。MWA EoR方法的大部分灵敏度来自减去前景，精度<1%，而PAPER方法依赖于初级束的稳定性和对称性。两者都需要精确的通量校准来设置测量功率谱的幅度。这两种仪器在分辨率、灵敏度、天空覆盖范围和光谱范围方面非常相似，并从几乎同时的数据中产生目录。我们使用贝叶斯MCMC拟合方法来估计这两个仪器在相同的通量尺度上在20%以内，并发现图像大多是一致的。然后，我们通过比较两个重叠的MWA小平面来调查误差的来源，我们发现这些差异主要与初级光束的不准确模型有关，但也与由于CLEAN而导致的明亮光源中的相关误差有关。最后，我们建议减轻和更好地描述这些影响。
2013-03-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Impact of 21-cm foreground mitigation strategies on reionization power spectrum constraints
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université（巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学）
评估21厘米信号再电离时期的前景避免与高斯过程回归去除策略，两者引入约1σ参数偏差，避免法后验更宽，多红移推断受污染箱影响。
2026-07-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Subtraction of the confusion foreground and parameter uncertainty of resolvable galactic binaries on the networks of space-based gravitational-wave detectors
本文模拟银河系双星前景混淆，评估LISA、太极、天琴及其组合网络扣除可分辨双星的能力，发现增加探测器数量可优化灵敏度并降低参数不确定性，且电磁探测能显著提升引力波参数测量精度，促进多信使天文学。
2023-12-21 astro-ph.IM gr-qc
Realistic Simulations of the Galactic Polarized Foreground: Consequences for 21-cm Reionization Detection Experiments
再电离期（EoR）红移21厘米谱线的测量受到强烈的天体物理前景污染、电离层畸变、复杂的仪器响应和其他不同类型噪声（如射频干扰）的挑战。天体物理前景主要是来自我们银河系的弥散同步辐射。在这里，我们提出了一个模拟的银河系发射作为前景模块的LOFAR-EoR关键科学项目端到端的模拟。模拟产生的总强度和偏振强度超过$10^\circ \times 10^\circ$地图的银河系同步辐射和自由-自由发射，包括所有观察到的发射特性：空间波动的幅度和光谱指数的同步辐射，以及法拉第旋转效应。这些模拟的重要性源于这样一个事实，即银河系极化发射可以表现出类似于EoR信号沿频率方向的方式。因此，不适当的仪器校准将导致偏振信号泄漏到总信号中，并掩盖所需的EoR信号。在本文中，我们解决这个问题，第一次通过现实的模拟。
2015-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Cosmic Dawn and Epoch of Reionization Foreground Removal with the SKA
SKA的特殊灵敏度将允许在光谱和空间上以前所未有的细节观测宇宙黎明和再电离时代（CD/EoR）。这些丰富的信息被埋在银河系和河外的前景之下，必须准确而精确地将其移除，以揭示宇宙学信号。上一代射电望远镜已经解决了这个问题，但SKA的应用在许多方面有所不同。在本章中，我们总结了在高红移和高灵敏度21厘米测量的背景下，前景去除领域的贡献。我们使用最先进的模拟SKA第1阶段观测完成宇宙信号，前景和频率依赖的仪器效应来测试参数和非参数前景去除方法。我们使用几种不同的统计数据比较恢复的宇宙学信号，并探索与SKA最令人兴奋的可能性之一-电离气泡的成像。我们发现，与目前的方法，它是可能的，以极大的精度去除前景，并得到令人印象深刻的功率谱和宇宙学信号的图像。仪器的频率依赖性PSF使这种恢复变得复杂，因此我们将观测带宽分成更小的部分，每个部分具有共同的分辨率。如果前景被允许沿着视线从平滑幂律随机变化，则利用前景的平滑性或其行为的参数化的方法比非参数化的方法受到更多的挑战。然而，我们表明，校正技术可以实现恢复性能的参数化方法，只要一阶近似的幂律的立场。
2015-01-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Deep learning approach for identification of HII regions during reionization in 21-cm observations -- II. foreground contamination
本文提出SegU-Net v2卷积神经网络框架，用于在受前景污染的21厘米信号中识别中性区和电离区，并验证其对多种前景去除方法的独立性及在z>9时测量孤立电离气泡体积的能力。
2024-02-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Estimating the Feasibility of 21cm-Ly$α$ Synergies using the Hydrogen Epoch of Reionization Array
再电离时代（EoR）21 cm和Ly $α$强度图的互相关有望成为探索第一个星系性质的有力工具。下一代强度测绘实验，如氢时代再电离阵列（HERA）和SPHEREx将分别通过21厘米和Ly $α$线的功率谱单独探测再电离，但将受到明亮前景和仪器系统学的限制。交叉关联这些测量可以减少系统性，可能会收紧对推断的天体物理参数的约束。在这项研究中，我们提出了预测的互相关考虑到准确的紫外线采样和前景滤波的影响，估计HERAxSPHEREx的可行性进行检测的21厘米-赖氨酸$α$交叉功率谱。我们还计划HERA和拟议的下一代宇宙黎明强度映射器之间的交叉功率谱的灵敏度。通过隔离的不确定性的来源，我们探讨了实验的限制，如前景滤波和LY $α$热噪声的不确定性，使检测的交叉功率谱的影响。然后，我们实现了这种策略的交叉功率谱和观测误差的模拟，以确定红移的基准21厘米FAST模型预测最高的信号-噪声检测（$z \sim 8$）。我们得出结论，SPHEREx-HERA互相关的检测将需要21 cm前景滤波的乐观水平，以及由于缺乏重叠敏感模式而导致的更深的热噪声集成，但对于具有更大范围尺度和更低噪声预测检测水平的CDIM，即使使用更严格的21 cm前景滤波也是可能的。
2022-02-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Antisymmetric Cross-correlation between H I and CO Line Intensity Maps as a New Probe of Cosmic Reionization
强度映射的H I 21厘米线和CO 2.61毫米线的时代的再电离已成为强大的，互补的，探测高红移宇宙。然而，这两个地图和它们的互相关是由前景占主导地位。我们提出了一种新的分析，通过这种分析，信号是无偏的前景，即它可以测量没有前景缓解。我们构造了H I 21 cm线和CO 2.61 mm线的强度图之间的两点互相关的反对称部分，这是因为两个场的统计涨落在时间上有不同的演化。我们表明，这个新信号的符号可以独立于模型区分在某个时间间隔内是否发生由内而外的再电离。更重要的是，在再电离的偏移集模型的框架内，我们证明了在大尺度下的H I-CO互功率谱的偶极的斜率是线性的，以一种独立于再电离参数的方式的全球中性氢分数的变化率，直到接近再电离结束的斜率水平，但这种趋势可能取决于再电离模型的框架。氢-一氧化碳偶极可能是探测再电离速度的冒烟枪，或是宇宙再电离的“标准速度计”。对这一新信号的观测将揭示从再电离中点到接近完成的全球再电离历史。
2021-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Parametrising Epoch of Reionization foregrounds: A deep survey of low-frequency point-source spectra with the MWA
追求从再电离时期（EoR）检测信号的实验依赖于源光谱在低频处的光谱平滑度。本文经验性地探讨前景光谱对EoR实验的影响，通过测量高分辨率的全偏振光谱的586个最亮的未解决的来源在MWA EoR领域之一，使用45小时的观察。一种新的剥离计划是用来减去2500个来源的电离层和波束校正的vibrant，从而在最深的，混淆有限的MWA图像到目前为止。由此产生的光谱被发现受仪器效应，这限制了可以设置在源固有的光谱结构的约束。对谱的灵敏度和功率谱进行了分析，发现残差谱主要由附近未卷积源的PSF旁瓣所控制。我们发布了一个目录，描述了每个测量源的光谱参数。
2016-02-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Beamforming Errors in Murchison Widefield Array Phased Array Antennas and their effects on Epoch of Reionization Science
精确的天线波束模型对于射电观测至关重要，其目的是分离暗时代和再电离时代的红移21厘米谱线发射，并释放21厘米宇宙学的科学潜力。过去的工作主要集中在表征平均天线波束模型使用卫星信号或天文源作为校准器，但天线到天线的变化，由于不完善的仪器一直未被探索。我们通过实验室测量和模拟来表征Murchison宽场阵列（MWA）的这种变化，发现主瓣边缘附近和旁瓣中的典型偏差为+/-10-20%。我们认为这些结果的影响，图像和功率谱为基础的科学。特别是，我们模拟了由100米基线测量的vibration，并发现使用其他完美的前景模型，未建模的波束形成误差严重限制了前景减法精度的傅立叶空间的区域内污染的前景发射（“楔”）。这个区域可能包含了大量的宇宙学信号，访问它将需要测量每个天线的波束模式。然而，未建模的波束成形误差不会污染预期没有前景污染的傅立叶空间区域（“EOR窗口”），这表明前景避免仍然是可行的策略。
2016-02-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Hydrogen Epoch of Reionization Array Dish I: Beam Pattern Measurements and Science Implications
氢再电离时期射电阵列（HERA）是一个射电干涉仪，旨在探测来自中性氢再电离时期（EOR）的21 cm涨落功率谱。借鉴默奇森宽场阵列（MWA）和探测再电离时代的精密阵列（PAPER）的经验，HERA是一个六边形阵列的大型（14米直径）天线与悬挂偶极子饲料。碟形天线不仅决定整体灵敏度，而且影响干涉仪中前景的观测频率结构。这是一系列四篇论文中的第一篇，通过模拟和测量来表征碟形天线的频率和角度响应。我们在本文中关注角响应（即，功率模式），其设置高延迟和低延迟的天空区域之间的相对权重，并因此设置视在源频率结构。我们使用Neben等人的ORBCOMM波束映射系统测量了137 MHz处的角响应。我们在最佳碟/馈源配置下测量了93 m^2的收集面积，这意味着HERA-320应该使用前景回避方法在z~9处检测EOR功率谱，信噪比为12.7，单季观测，和74.3使用前景减法方法。最后，我们研究了这些光束测量的前景在傅立叶空间中的分布的影响。
2016-12-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration requirements for Epoch of Reionization 21-cm signal observations -- II. Analytical estimation of the bias and variance with time-correlated residual gains
对中性氢的红移21厘米信号的观测是理解再电离和再电离后结构形成和演化的关键。除了在观测频率范围内存在数量级更大的前景外，干涉仪的仪器效应加上电离层效应，对从强前景中提取21厘米信号构成了相当大的挑战。源自测量过程的时间和频率相关的残余增益误差的系统效应引入偏差并且增强功率谱测量的方差。在这项工作中，我们研究了时间相关的剩余增益误差的影响，在存在强前景。我们提出了一种方法，以产生分析估计的偏差和变异的功率谱。我们使用模拟观测来确认这种方法的有效性，然后用它来了解增益误差的各种影响。我们发现，作为标准差的剩余增益误差的增加，在估计取代方差的偏差。据观察，最佳选择的时间，在此期间的增益解决方案估计的风险最小化。我们还发现，具有较高的基线密度的干涉仪是这些研究的首选仪器。
2022-02-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Bayesian power spectrum estimation at the Epoch of Reionization
我们介绍了一种新的方法进行鲁棒贝叶斯估计的三维空间功率谱的再电离时期（EoR），从干涉观测。这种技术的多功能性使我们能够提出两种方法。首先，当观测仅跨越少量独立空间频率（$k$ -模式）时，我们直接从描述EoR信号实现的球面功率谱系数采样。其次，当模型中包含的$k$ -模式的数量变大时，我们从球面功率谱和信号系数的联合概率密度中采样，使用Hamilton Monte Carlo方法有效地探索这个高维（$\sim$ 20000）空间。这种方法已成功地应用于模拟观测，其中包括同伴出版物中的天体物理现实前景（Sims等人。2016）。在这里，我们专注于详细解释该方法，并使用简单的前景模型来证明其有效性，并突出突出显示显著特征。特别是，我们表明，包括一个任意的平坦频谱连续前景，是$10^8$倍以上的EoR信号的功率没有检测到的影响，我们的参数估计的EoR功率谱恢复的数据。
2018-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Observing the Reionization : Effect of Calibration and Position Errors on Realistic Observation Conditions
观测宇宙黎明和再电离期的红移21厘米信号是观测宇宙学中一项具有挑战性的工作。数量级更明亮的天体物理前景和各种仪器系统学的存在增加了这些观测的复杂性。这项工作提出了一个端到端的管道处理敏感的无线电观测的合成干涉数据。模拟天空模型包括红移的21厘米信号和天体物理前景。模拟了定标误差和位置误差对红移21厘米功率谱提取的影响。还研究了宇宙学信号像面探测误差的影响。对SKA 1-Low、MWA和HERA等阵列配置进行了比较分析。阵列的校准误差容限，在一些关于系统组件的性质的假设下，最佳地发现是用于检测信号的$\sim 0.01\%$。对于位置误差，$\gtrapprox 5\arcsec$的偏移使得残余前景模糊目标信号。这些模拟还意味着SKA-1 Low在图像域中的表现略好于其他算法，而MWA在功率谱域中的表现也是如此。这是比较在类似观测条件下运行的各种射电望远镜在探测宇宙信号方面的性能的首批研究之一。这种端到端的流水线也可以扩展到研究彩色初级波束、射频推断、具有频谱特征的前景等的影响。
2022-07-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulations of primary beam effects on the cosmic bispectrum phase observed with the Hydrogen Epoch of Reionization Array
中性氢的21~cm跃迁有望成为再电离时代最好的观测探针。测量21厘米信号的主要困难是存在明亮的前景，需要非常精确的干涉校准。闭合量可以规避校准要求，但是可能受到方向相关效应的影响，特别是天线主波束响应。本文研究了互耦对天线主波束闭合相位及其功率谱的影响。我们的模拟表明，受互耦合影响的初级光束导致泄漏的前景功率进入EoR窗口，这可以高达$\sim4$数量级高于没有考虑互耦合的情况。然而，对于包括29 μ m基线的三元组，这种泄漏基本上限于$k < 0.3$ ~ $h$ ~Mpc $^{-1}$。当明亮的前景出现在天线旁瓣中时，泄漏幅度更明显，正如预期的那样。最后，我们发现，包括相互不同的互耦合光束的三元组具有类似于包括相同类型的互耦合光束的三元组的功率谱，这表明三元组（或可见度对）内的光束到光束的变化不是EoR窗口中的前景泄漏的主要来源。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
21-cm Signal from the Epoch of Reionization: A Machine Learning upgrade to Foreground Removal with Gaussian Process Regression
本文提出用变分自编码器在GRIZZLY模拟上训练的核升级高斯过程回归，以更准确地去除LOFAR前景并提取再电离时期21厘米信号，在多数情况下可在2σ不确定度内恢复信号形状与功率，并分析了红移依赖性。
2023-11-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
A High Reliability Survey of Discrete Epoch of Reionization Foreground Sources in the MWA EoR0 Field
再电离HI信号的检测需要对介入星系和活动星系核的精确理解，无论是仪器校准还是前景去除。我们提出了一个目录的7394河外源在182 MHz的RA=0领域的Murchison宽场阵列时代的再电离观测计划检测。出于对精度和可靠性的前所未有的要求，我们开发了新的源查找和选择方法。我们应用机器学习方法对9490个候选源的相对可靠性进行自洽分类。根据可靠性等级和信噪比标准选择7466个子集。这些都是统计交叉匹配到其他四个无线电调查使用的位置和通量密度信息。我们发现7369个来源有信心的匹配，包括90个部分解决的来源，分为192个子组件。另外25个不匹配的来源被列为新的无线电探测。目录源的光谱指数中值为-0.85。频谱平坦化被视为朝向较低频率，在182 MHz处预测中值为-0.71。天体测量误差为7角秒。与2.3弧分相比。光束半高宽由此产生的目录涵盖约1400平方米。°的并且在半束功率内完成到大约80 mJy。这提供了MWA EoR 0领域迄今为止最可靠的离散源天空模型，用于精确的前景减法。
2016-07-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Importance of Wide-field Foreground Removal for 21 cm Cosmology: A Demonstration With Early MWA Epoch of Reionization Observations
在本文中，我们提出的意见，模拟和分析表明前景发射的天空和它的位置在宇宙学功率谱干涉红移21厘米实验的位置之间的直接联系。我们开始一个启发式的形式主义理解映射到21厘米实验所使用的圆柱平均功率谱测量的天空坐标，重点是仪器的光束响应和相关的旁瓣的影响。然后，我们证明了这种映射分析功率谱与模拟和观测数据从默奇森宽场阵列。我们发现，去除一个前景模型，其中包括在主视场和第一旁瓣的源减少了百分之几的污染，在高k_平行模式相对于一个模型，其中只包括在主视场中的源，与前景模型的完整性设置的主要限制量的功率去除。虽然很小，但100级的前景功率量本身足以防止从这些模式恢复任何EoR信号。这一结果表明，前景减法红移21厘米的实验是一个真正的宽场问题，算法和模拟必须扩展到主仪器的视野以外，有可能恢复完整的21厘米功率谱。
2016-01-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration Requirements for Detecting the 21 cm Epoch of Reionization Power Spectrum and Implications for the SKA
21厘米再电离时期的观测有望改变我们对星系形成的理解，但如果没有前所未有的仪器校准水平，这些观测是不可能的。我们提出了一个完整的EoR功率谱分析的端到端的模拟，包括一个真正的数据处理管道的所有主要组成部分：天体物理前景和EoR信号的模型，频率依赖的仪器效应，天空为基础的天线校准，和完整的PS分析。这项研究表明，传统的基于天空的每频率天线校准只能在EoR测量分析中实现，如果校准模型是不切实际的准确。为了合理的目录完整性水平，校准在其他前景自由功率谱模式中引入污染，排除PS测量。我们探讨这种污染的起源和潜在的缓解技术。我们发现，有一个很强的联合约束的校准目录和天线的固有频谱平滑度的精度，这对SKA和其他未来的EoR天文台的仪器设计具有重要意义。
2016-06-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Opening the 21cm EoR Window: Measurements of Foreground Isolation with PAPER
我们提出了新的观测与探测再电离时代（PAPER）的精密阵列的目的是测量在150 MHz的再电离实验的21厘米时代的前景发射的属性。我们专注于前景在宇宙学傅立叶空间的足迹，以了解哪些模式的21厘米功率谱将最有可能受到损害的前景发射。这些观测证实了前景可以被隔离到2D（k-垂直，k-平行）空间的“楔形”区域的预测，为更高k-平行值的宇宙学研究创造了一个窗口。我们还发现，由于前景中的光谱结构，发射延伸超过这个楔形的标称边缘，在最短的基线上，这个特征最突出。最后，我们对数据进行过滤，只保留这种“不平滑”的发射和图像特定的k-平行模式。结果图像显示，在最低模式下的功率过剩，但没有发射可以清楚地定位到天空的任何一个区域。这幅图像高度暗示，21 cm EoR研究中最有问题的前景将不是容易识别的明亮光源，而是更微弱的发射的集合。
2013-05-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Necessity of Individually Validated Beam Models for an Interferometric Epoch of Reionization Detection
本文研究MWA非相同波束响应对21厘米EoR功率谱探测的影响，发现单一波束校准会导致前景泄漏超过宇宙学信号1000倍以上，并证明纳入实测形变波束模型可有效抑制泄漏，为EoR探测提供可行校准方案。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Epoch of Reionization Window: I. Mathematical Formalism
21厘米的线提供了一个强大的天体物理学和宇宙学的探测器在高红移，但解锁这种探测器的潜力需要强大的前景污染物的缓解，通常是几个数量级比宇宙学信号亮。最近的模拟和观测表明，前景的平滑光谱结构与仪器色度相结合，污染了圆柱形傅立叶空间中的“楔形”区域。虽然以前的努力已经探讨了抑制前景在这个楔形，以及避免这个高度污染的地区，所有这些努力都忽略了严格审查的错误统计与楔形。使用二次估计形式主义的干涉测量方程，我们提供了一个框架，这样一个严格的分析（包括一个完全协变的处理错误）。此外，我们发现，有很强的误差相关性，在高空间波数，迄今被忽略的灵敏度推导。这些误差相关性大大降低了依赖于长基线贡献的阵列的灵敏度，与假设不相关误差的估计相比。
2014-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration requirements for Epoch of Reionization 21-cm signal observations -- IV. Bias and variance with time and frequency correlated residual gains
本文提出解析方法评估残余增益和带通误差对红移21厘米多频角功率谱估计的偏差与方差影响，并证明SKA1-Low在128小时观测下可探测红移8的信号，但需优于现有干涉仪的校准精度。
2025-05-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Impact of Beam Variations on Power Spectrum Estimation for 21-cm Cosmology I: Simulations of Foreground Contamination for HERA
探测再电离时期（EoR）的宇宙学信号需要高精度的校准，以将宇宙学信号与前景发射分离开来。在无线电干涉测量中，天线元件的扰动初级波束会破坏精确校准，这导致污染圆柱平均功率谱中的无前景区域或EoR窗口。对于氢时代再电离阵列（HERA），我们模拟和表征的扰动初级束流引起的饲料运动，如轴向，横向和倾斜运动，以上的14米盘。为了了解扰动光束的影响，能见度测量建模与两个不同的前景组件，点源和漫射源，我们发现不同的饲料运动呈现出不同的反应，每种类型的天空源。HERA的冗余基线校准在存在非冗余天线波束的情况下，由于馈电运动，在增益解决方案中引入了色误差，这会产生进入EoR窗口的前景功率泄漏。观测到的垂直进给运动的泄漏主要来自天顶周围的点源。此外，所观察到的泄漏从水平和倾斜饲料运动主要来自附近的水平扩散组件。对于具有最小前景偏差的EoR信号的鲁棒检测来说，色增益误差的减轻将是必要的，并且这将在随后的论文中讨论。
2022-10-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Fundamental Multi-Baseline Mode-Mixing Foreground in 21 cm EoR Observations
测量再电离时期（EoR）中性氢功率谱的实验的主要挑战是模式混合效应，其中来自非常明亮的天体物理源的前景与仪器相互作用，污染EoR信号。在本文中，我们确定了一种新型的模式混合时发生的测量从不同的基线相结合，增加功率谱灵敏度。这种多基线效应在我们的模拟中主导模式混合功率，并且可能污染EoR窗口，该窗口是傅立叶空间中先前被确定为相对不受前景功率影响的区域。
2013-04-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
Investigating galactic double white dwarfs for sub-milliHz gravitational wave mission ASTROD-GW
本文研究亚毫赫兹引力波任务ASTROD-GW对银河系双白矮星的探测能力，评估未分辨双星产生的混淆噪声，并通过不同灵敏度和星族模型检验前景参数确定及扣除后的残差水平。
2023-05-25 astro-ph.GA astro-ph.IM gr-qc
A candidate field for deep imaging of the Epoch of Reionization observed with MWA
本研究利用MWA第二阶段数据对选定场进行深度成像，识别射电源并应用PCA去除前景，发现残差角功率谱仍高于理论预测的CD/EoR 21cm信号，表明需进一步改进数据归约技术。
2025-07-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Recovering the Wedge Modes Lost to 21-cm Foregrounds
本文提出一种机器学习方法，利用21厘米EoR信号的非高斯协方差关联，从楔形滤波图像中恢复电离区域的空间信息，并在HERA和SKA等仪器条件下验证其可行性。
2024-02-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration of the EDGES High-Band Receiver to Observe the Global 21-cm Signature from the Epoch of Reionization
EDGES高波段实验的目的是在红移范围$14.8 \gtrsim z \gtrsim 6.5$内探测来自再电离时期（EoR）的$21$ -cm信号的天空平均亮度温度。为了探测这种红移信号，EDGES高波段在西澳大利亚Murchison射电天文台的频率范围$90-190$ MHz内进行单天线测量。在本文中，我们描述了目前的战略，用于校准的EDGES高波段接收机和报告校准结果的仪器中使用的$2015-2016$观测活动。我们传播的接收机校准测量的天线温度使用蒙特卡罗方法的不确定性。我们定义了一个性能目标的$1$ ~mK残差RMS建模前景减法从基准温度谱使用五项多项式。在$95\%$置信度下，大多数校准不确定度产生$1$ ~mK或更小的残差。然而，天线和接收器反射系数中的当前不确定性可导致甚至在低前景天空区域中高达$20$ mK的残差。可以通过以下方式来减少这些主要残差：1）提高反射测量的精度，特别是它们的相位; 2）提高天线-接收器界面处的阻抗匹配;以及3）减少天线反射相位随频率的变化。
2016-12-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Four Fundamental Foreground Power Spectrum Shapes for 21 cm Cosmology Observations
与明亮的天体物理源相互作用的仪器效应的污染是测量再电离时代和BAO 21厘米功率谱的主要障碍-一种称为模式混合的效应。在本文中，我们确定了四个基本的功率谱形状产生的模式混合，将影响所有即将到来的观测。我们第一次能够解释在高级模拟中看到的楔形结构，并预测基本上没有污染的“EoR窗口”的形状。了解这些污染的来源也使我们能够识别低于成像极限的校准和前景减法误差，为精确观测提供了一个强大的新工具。
2012-04-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Foregrounds and their mitigation
低频无线电天空主要是由我们的银河系和河外射电源有关的活动星系核和恒星形成星系的扩散同步辐射。这个前景发射比来自宇宙黎明和再电离时代的宇宙学21厘米发射要亮得多。因此，研究前景的物理性质对于在宇宙学21 cm实验中减轻它们具有根本的重要性。本章全面概述了前景和我们目前最先进的知识，他们的缓解。
2019-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Multi-redshift limits on the 21cm power spectrum from PAPER
预计再电离功率谱的时代将随着红移而强烈演变，正是这种随宇宙历史的变化将使我们能够开始对再电离的物理学进行限制。测量EoR功率谱的主要障碍是明亮的前景发射。我们提出了一个分析的意见，从唐纳德C。Backer精密阵列探测再电离时代（PAPER）望远镜，它对$7.5<z<10.5$的红移范围内的HI功率谱施加了新的限制，将以前发表的单红移结果扩展到覆盖仪器可访问的整个范围。为了抑制前景，我们使用过滤技术，利用大仪器带宽隔离和抑制前景泄漏到感兴趣的区域的$k$空间。我们的500小时积分是迄今为止最长的，并证明了这种方法的动态范围为$10^4$。在整个红移范围内的不同点的功率谱揭示了前景隔离的可变功效。在$k=$ 0.2hMpc $^{-1}$和z $=7.55$下的$Δ^2$的噪声限制测量达到低至（48 mK）$^2$（$1σ$）。我们证明，在我们的功率谱测量的误差条的大小所产生的自举方法是一致的，由于热噪声的波动。相对于这种热噪声，大多数光谱在几个西格玛处表现出过剩的功率。这种过量的可能来源包括残留的前景泄漏，特别是在最高的红移，和未标记的RFI。最后，我们讨论了数据减少的改进，承诺消除这种过剩。
2014-08-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA)
氢再电离时代阵列（HERA）是一个分阶段的实验，以测量宇宙再电离（$z=6-12$）期间原始星系际介质（IGM）的21 cm发射，并探索我们的宇宙黎明（$z\sim30$）的早期时代。在这些时期，早期的恒星和黑洞加热并电离了IGM，引入了21 cm发射的波动。HERA的目的是表征21厘米功率谱的演变，以限制再电离的时间和形态，第一个星系的性质，大尺度结构的演变，以及早期的热源。HERA的全套仪器将是一台位于南非的350个元件的干涉仪，由14米抛物面碟形天线组成，从50至250兆赫进行观测。目前，19个盘子已经部署在现场，接下来的18个正在建设中。HERA已被指定为SKA前体仪器。在本文中，我们总结了HERA的科学背景，并提供其关键科学成果的预测。在回顾了前景缓解的最新技术水平后，我们使用延迟谱技术来激励HERA仪器的高水平性能要求。接下来，我们介绍HERA仪器设计以及确保HERA满足其性能要求的子系统规格。最后，我们总结了项目的进度和现状。最后，我们建议，鉴于前景污染的现实，当前一代21厘米仪器正在接近其灵敏度极限。HERA旨在提供灵敏度和精确度，以在经过验证的前景过滤技术的基础上提供其主要科学，同时开发新的减法技术来解锁新的功能。这一结果将是实现21厘米宇宙学广泛认可的科学潜力的重要一步。
2016-09-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Extracting the Epoch of Reionization Signal with 3D U-Net Neural Networks Using Data-driven Systematic Effect Model
本研究利用3D U-Net神经网络结合LOFAR前景残差与GPR计算的噪声，从模拟SKA-Low图像中提取EoR 21厘米信号，发现长积分时间可确保功率谱估计可靠，但超方差非相干性显著影响提取效果。
2025-06-08 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
HI Epoch of Reionization Arrays
有几个可用的数据来约束星系际介质（IGM）的热历史，全球重组。到目前为止，大多数限制来自于对宇宙微波背景和光谱学的分析。然而，通过氢的1S超精细跃迁直接研究IGM相对于CMB的发射或吸收将能够广泛表征热历史和源群。新一代的无线电阵列正在开发中，以测量这种线路特征。明亮的前景发射和仪器校准模型的复杂性是重要的障碍。如何优化这些是不确定的，导致方法的多样性。我们讨论了最近的限制线亮度，阵列的努力，包括新的大孔径实验探测黑暗时代（LEDA），和下一代氢再电离阵列（HERA）的概念。
2012-01-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Time-Frequency Analysis for LISA: Galactic Foreground Modulation
Montana State University（蒙大拿州立大学）
本文提出一种快速正向模型，将银河系引力波光度密度映射到LISA年调制前景，并预测一年观测可约束盘尺度宽度和高度分别达8%和12%。
2026-10-07 astro-ph.IM gr-qc
Foreground Characterization and Mitigation in the Observations of the CD/EoR with the SKA
本文综述了SKA观测宇宙黎明和再电离时期时，银河系同步辐射等前景的建模与抑制方法，强调SKA-Low AA*配置和SKA天文台前景挑战在提升信号恢复能力中的作用。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Implicit Likelihood Inference of Reionization Parameters from the 21 cm Power Spectrum
21厘米亮度温度功率谱的第一次测量，从时代的再电离将很可能在不久的将来实现无线电干涉阵列实验，如氢时代的再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）。标准MCMC分析使用显式似然近似来推断21厘米功率谱的再电离参数。在本文中，我们提出了一个新的贝叶斯推断的再电离参数的可能性是隐含地定义通过正向模拟使用密度估计似然自由推断（DELFI）。真实的效果，包括热噪声和前景回避也适用于模拟观测从HERA和SKA。我们证明，这种方法恢复准确的后验分布的再电离参数，并优于标准的MCMC分析的可信参数区域的位置和大小。一旦网络训练完成，处理时间为分钟级，该技术是未来21 cm功率谱观测数据科学解释的一种有前途的方法。我们的代码21 cmDELFI-PS在此链接中公开提供。
2022-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Redundant Array Configurations for 21 cm Cosmology
要实现21厘米层析成像在再电离时代之前和期间对星系际介质进行统计探测的潜力，需要大型望远镜和精确的系统控制。下一代望远镜现在正在设计和建造，以应对这些挑战，从第一代实验中吸取经验教训，这些实验显示了密集的高度冗余阵列的好处-其中天空中的相同模式由许多天线对采样-实现高灵敏度，精确校准和强大的前景缓解。在这项工作中，我们专注于氢时代的再电离阵列（HERA）作为一个干涉仪与密集的，冗余的核心设计以下这些教训，以优化21厘米宇宙学。我们展示了如何适度地补充或修改像HERA这样的紧凑设计仍然可以提供高灵敏度，同时增强校准和前景缓解的策略。特别是，我们比较了几个阵列配置的成像能力，无论是瞬间（解决仪器和电离层的影响）和旋转合成（前景去除）。我们还研究了使用瞬时冗余的配置对校准性的影响。我们发现，通过“离网”天线和增加角分辨率通过遥远的“支腿”天线的子孔径采样的改进成像是可能的冗余校准阵列配置。
2016-07-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quantifying Excess Power from Radio Frequency Interference in Epoch of Reionization Measurements
我们量化的影响，射频干扰（RFI）测量的21厘米功率谱在再电离时代（EoR）。具体来说，我们研究了RFI源发射的频率结构如何在高阶波模式中产生污染，这比平滑频谱前景源更成问题。使用一个相对乐观的EoR模型，我们发现，即使是一个单一的相对暗淡的RFI源可以压倒模式$0.1 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1} < k < 2 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$的$\sim10\text{ mK}^2$的EoR功率谱信号。如果最终功率谱积分中的总表观RFI通量密度保持在1 mJy以下，则在没有其他系统性污染物且误差容限高达10%的情况下，对于模式$k < 0.9\text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$，应该可以检测到类似于该乐观模型的EoR信号。更悲观的模型将更具限制性。这些结果强调了用于搜索EoR的望远镜需要高效的RFI缓解策略。
2020-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmic Infrared Background ExpeRiment (CIBER): A Probe of Extragalactic Background Light from Reionization
宇宙红外背景实验（CIBER）是一个火箭载绝对光度成像和光谱实验，用于探测在未分辨红外背景中再电离期间出现的第一光星系的特征。CIBER-I由一个用于波动测量的宽视场双色相机、一个用于绝对EBL测量的低分辨率绝对光谱仪和一个用于测量和校正前景黄道云散射辐射的窄带成像光谱仪组成。CIBER-I于2009年2月25日成功飞行，并计划在2010年初再进行一次飞行。我们建议，经过几次额外的飞行CIBER-I，一个改进的CIBER-II相机组成的宽视场30厘米的成像器在0.5和2.1微米之间的4个波段。它被设计用于在再电离所需的最低水平上对未分辨的IR背景波动进行高显著性检测。CIBER-II的视场比卫星上现有的红外仪器大50至2000倍，它将进行确定性研究，以确定造成再电离的源的表面密度。
2009-04-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Epoch of Reionization 21 cm Bispectrum at $z=8.2$ from MWA data II: Smooth Component Filtering
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
该研究利用MWA数据和SCF方法，通过抑制前景并评估三维球形双谱，确定了再电离时期的信号限制。
2026-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
