Redundant interferometric calibration as a complex optimization problem
观测红移21厘米线的时代，再电离最近激发了建设低频无线电阵列的高度冗余配置。这些配置提供了一种替代校准策略-“冗余校准”-并提高了特定空间尺度上的灵敏度。在本文中，我们制定冗余干涉阵列的校准作为一个复杂的优化问题。我们通过Levenberg-Marquardt算法解决这个优化问题。这种校准方法比当前算法对初始条件更鲁棒，并且通过利用近似矩阵求逆，允许进一步优化和有效实现（“冗余StEfCal”）。我们还研究了使用预处理共轭梯度法作为近似矩阵求逆的替代方法，但发现其计算性能与“冗余StEfCal”相比不具有竞争力。这个新算法的有效实现是公开的。
2018-02-09 astro-ph.IM
Calibration errors in interferometric radio polarimetry
在干涉射电偏振测量中，剩余校准误差很难预测，因为它们取决于所采用的观测校准策略，包括校准器的斯托克斯矢量和视差角覆盖。这项工作提出了分析推导和模拟，使剩余的轴上仪器泄漏和位置角误差的一套校准策略的检查。重点是在阵列上，包括alt-az天线与共同饲料的视差角是近似均匀的。结果表明，校准计划，需要视差角覆盖的线性饲料的基础（如ALMA）只需要观察超过30度，超过此没有显着改善校准精度。在圆形馈电基础（例如，VLA高于1GHz）中，当泄漏校准器的斯托克斯矢量先验已知时，30度也是合适的，但是当斯托克斯矢量未知时，这上升到90度。这些发现说明并量化了以前模糊的经验法则的概念。
2017-06-20 astro-ph.IM
Distributed Model Construction in Radio Interferometric Calibration
一个典型的无线电干涉阵列的校准产生数以千计的参数作为解决方案。这些解决方案包含有关数据（电离层和波束形状）中的系统误差的宝贵信息。该信息可以在校准中重复使用以提高精度，也可以被馈送到成像中以提高保真度。我们提出了一个分布式的优化策略来构建模型的系统误差的数据使用的校准解决方案。我们制定这作为一个弹性网络正则化的分布式优化问题，我们解决使用交替方向的乘法器（ADMM）算法。仿真结果表明了该分布式模型构建方案的可行性。
2018-01-29 astro-ph.IM cs.DC
Unified Radio Interferometric Calibration and Imaging with Joint Uncertainty Quantification
无线电干涉仪的数据处理过程可以看作是一个组合的校准和成像问题。我们提出了一种算法，统一的交叉校准，自校准，成像。作为一种贝叶斯方法，该算法不仅计算天空亮度分布的估计，而且还提供联合不确定度的估计，该联合不确定度包括校准不确定度和实际观测不确定度。该算法是制定在信息场论的语言，并使用度量高斯变分推理（MGVI）作为基础的统计方法。到目前为止，只考虑方向无关的基于天线的校准。这一限制可能在今后的工作中予以解除。该算法的实现以及贡献。
2019-07-20 astro-ph.IM
Robust Radio Interferometric Calibration Using the t-Distribution
无线电干涉测量数据处理的一个主要阶段是校准或估计数据中的系统误差并校正这种误差。假设随机误差（噪声）模型，并且在大多数情况下，假设该基础模型为高斯模型。然而，由于干扰或由于天空模型中的误差而导致的数据中的异常值将对基于高斯噪声模型的处理产生不利影响。校准的大多数缺点，如通量或相干性的损失，以及虚假源的出现，可以归因于基础噪声模型的偏差。在本文中，我们提出了通过使用基于学生t分布的噪声模型来提高校准的鲁棒性。当方差未知时，学生t噪声是高斯噪声的一种特殊情况。与基于高斯噪声模型的校准不同，传统的最小二乘最小化不会直接扩展到学生t噪声模型的情况。因此，我们使用期望最大化（EM）算法的一个变体，称为期望条件最大化（ECME）算法，当我们有一个学生t噪声模型时，并在最大化步骤中使用Levenberg-Marquardt算法。我们给出了仿真结果，以显示所提出的校准方法的鲁棒性，而不是传统的基于高斯噪声模型的校准，特别是在保持不包括在校准模型中的较弱的源的通量。
2013-07-18 astro-ph.IM math.OC stat.AP
Radio interferometric gain calibration as a complex optimization problem
最优化理论的最新发展扩展了一些传统的实值函数最小二乘优化算法（Gauss-Newton，Levenberg-Marquardt等）。一个复变量的复函数域。这采用了一种称为Wirtinger导数的形式主义，并推导出一个完整的复杂的雅可比对应的传统的真正的雅可比。我们将这些发展应用到无线电干涉增益校准的问题，并展示了如何一般复杂的雅可比形式主义，当与传统的优化方法相结合，产生一个全新的家庭的校准算法，包括极化和方向相关的增益制度。我们进一步扩展Wirtinger演算为基于算子的矩阵演算描述的极化校准制度。使用近似矩阵求逆的结果在计算效率的实现，我们表明，最近提出的一些校准算法，如StefCal和剥离可以理解为特殊情况下，并把它们的上下文中的一般形式主义。最后，我们提出了一个实现和一些应用结果CohJones，另一个专门的方向相关的校准算法从形式主义。
2015-02-24 astro-ph.IM
Fine tuning consensus optimization for distributed radio interferometric calibration
我们最近提出了使用共识优化作为一个可行的和有效的方法来提高无线电干涉测量数据的校准质量。我们表明，通过使用这种技术，可以获得更精确的校准解决方案，并将计算负载分布在计算机网络上。任何共识优化问题的一个关键方面是选择交替方向乘法器（ADMM）迭代中使用的惩罚参数。这影响了收敛速度和精度。在本文中，我们使用校准中使用的成本函数的Hessian来适当地选择这种惩罚。我们将我们的结果扩展到多方向的校准设置，在那里我们建议使用由每个方向的平方强度缩放的惩罚。
2016-05-30 astro-ph.IM cs.DC
Correlation Calibration: A Hybrid Calibration Technique for Radio Interferometric Arrays
McGill University（麦吉尔大学）；Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学邓普勒天文学与天体物理研究所）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文提出CorrCal，一种基于协方差的混合校准技术，用于提高冗余射电干涉阵列数据校准的效率和鲁棒性。
2026-02-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Adaptive ADMM in Distributed Radio Interferometric Calibration
基于一致性优化的分布式射电干涉校准已被证明可以改善射电天文观测中系统误差的估计。一致性多项式利用系统误差在频率上的内在连续性来惩罚传统的校准。共识是通过使用交替方向乘法器（ADMM）算法。在本文中，我们扩展了现有的分布式校准算法，使用ADMM与自适应惩罚参数更新。与固定惩罚相比，其自适应更新在ADMM的各种应用中表现更好。在本文中，我们比较了两种流行的惩罚参数更新方案：剩余平衡惩罚更新和频谱惩罚更新（Barzilai-Borwein）。我们将这两种方案应用于分布式无线电干涉校准，并比较它们的性能与ADMM与固定的惩罚参数。仿真结果表明，两种自适应罚参数更新方法都能提高ADMM的收敛性，但谱罚参数更新方法的稳定性更好。
2017-10-16 astro-ph.IM cs.DC
A Bayesian approach to high fidelity interferometric calibration I: mathematical formalism
高保真度无线电干涉测量数据校准，最大限度地减少虚假的光谱结构在校准的数据是必不可少的天体物理应用，如21厘米宇宙学，它依赖于不同的天体物理发射成分的相对光谱平滑度的知识，以提取感兴趣的信号。现有的无线电干涉校准方法已经被证明，如果用于校准数据的天空模型是不完整的，则会将虚假的频谱结构传递给校准数据。在本文中，我们介绍了BayesCal：一种新的解决方案的天空模型不完整性问题的干涉校准，旨在实现高保真度的数据校准。BayesCal数据模型补充了天空前向模型的先验已知分量，其中统计模型用于对数据的缺失和不确定通量贡献，受模型中功率的先验约束。我们演示了如何这个模型的参数可以被边缘化分析，减少了要采样的参数空间的维数，并允许直接从校准参数的后验概率分布采样。此外，我们展示了如何物理激励先验来自理论和测量为基础的约束的光谱平滑的仪器增益可以用来约束校准解决方案。在配套文件中，我们将此算法应用于模拟观测与HERA样阵列，并证明，它使高达四个数量级的抑制功率杂散光谱波动相对于标准校准方法。
2022-06-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
A D-term Modeling Code (DMC) for simultaneous calibration and full-Stokes imaging of very long baseline interferometric data
在本文中，我们提出了DMC，一个模型和相关的工具，极化成像的很长的基线干涉数据集，同时重建全斯托克斯发射结构以及基于站的增益和泄漏校准条款。DMC制定的成像问题的后验探索，这是实现使用哈密顿蒙特卡罗采样。由此产生的后验分布提供了在图像结构和数据校准中的不确定性的自然量化。我们在合成和真实数据集上运行DMC，结果表明它能够准确恢复图像结构和校准量，并评估其相应的不确定性。作为灾害管理基础的框架是灵活的，其具体执行工作正在继续制定之中。
2021-02-05 astro-ph.IM
Calibration of mixed-polarization interferometric observations
外差接收器在圆偏振基础（其中它被分成左旋和右旋圆偏振）或线性偏振基础（其中它被分成水平和垂直线性偏振）上记录天空信号。我们研究了用在不同偏振基上观察的望远镜进行干涉观测的问题，从而产生了我们称为“混合基”的vibrium（即，在一个望远镜中是线性的，在另一个望远镜中是圆形的）。我们提出了新的算法，适当的校准和治疗等干涉观测和测试我们的算法与模拟和真实数据。我们的算法的使用将是重要的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）在甚长基线干涉测量（VLBI）模式下的观测的最佳校准。我们的算法还将使我们能够以非常高的数据速率（即，宽带宽），其中在某些站线性偏振馈送将是优选的，以克服由于使用四分之一波片而导致的偏振限制。
2016-01-20 astro-ph.IM
CubiCal - Fast radio interferometric calibration suite exploiting complex optimisation
它最近已经表明，无线电干涉增益校准可以简洁地表达在复杂的优化语言。除了为进一步开发提供一个优雅的框架外，它还揭示了校准问题的特性，这些特性可以用来加速传统的非线性最小二乘求解器，如Gauss-Newton和Levenberg-Marquardt。我们扩展现有的衍生链琼斯条款：产品的几个收益模型不同的异常影响。在这样做的时候，我们发现在单项情况下发现的有用性质仍然成立。我们还开发了几个专门的求解器处理复杂的增益参数化的实际价值。新开发的求解器已在名为CubiCal的Python包中实现，该包使用Cython，多处理和共享内存的组合来利用现代硬件的功能。我们将CubiCal应用于模拟和真实数据，并执行方向无关和方向相关的自校准。最后，我们提出了一些基本的分析结果，以表明CubiCal相对于现有的校准工具，如MeqTrees具有竞争力。
2018-05-15 astro-ph.IM
Performance Analysis of Distributed Radio Interferometric Calibration
基于一致性优化的分布式定标是一种计算效率高的方法，可用于LOFAR和SKA等大型射电干涉仪的定标。在天空中沿多个方向进行校准并去除明亮的前景信号是无线电干涉测量中许多科学案例的关键步骤。残差数据包含具有巨大科学意义的微弱信号，特别令人关注的是校准中使用的不完整天空模型对残差的影响。为了研究这一点，我们考虑输入未校准数据和输出残差数据之间的映射。我们推导出的输入和输出的概率密度函数，可用于研究校准的性能之间的解析关系。
2021-10-28 astro-ph.IM cs.DC
Distributed Radio Interferometric Calibration
新一代无线电干涉仪提供的数据量越来越大，需要计算效率高且鲁棒的校准算法。在本文中，我们提出了分布式校准的方式，提高计算成本以及鲁棒性校准。我们利用数据的并行性跨频率，这是固有的射电天文观测记录为多个通道在不同的频率。此外，我们还利用跨频率的校准参数的变化的平滑性。数据并行使我们能够在计算代理网络上分配计算负载。频率的平滑性使我们能够将校准重新表述为共识优化问题。有了这个公式，我们可以在不同频率下校准数据的计算代理之间实现信息流，而无需实际传递数据，从而提高鲁棒性。我们目前的仿真结果显示的可行性，以及分布式校准的优势，而不是传统的校准。
2015-03-17 astro-ph.IM cs.DC
Solution intervals considered harmful: on the optimality of radio interferometric gain solutions
在无线电干涉仪增益校准过程中，解区间通常用于提高信噪比。这项工作调查如何因素，如噪声水平，固有增益的变化，模型的不完整性程度，以及存在的射频干扰影响校准的解决方案间隔的选择。我们进行不同的干涉模拟，以展示这些因素，结合解决方案的间隔的选择，影响校准和成像输出，并讨论选择最佳的解决方案的间隔的实际指导方针。此外，我们提出了一种能够在校准过程中自动选择合适的解决方案间隔的算法。通过将该算法应用于模拟和真实数据，我们表明，它可以成功地选择解决方案的间隔，只要数据不是太不均匀的标记之间取得了良好的平衡捕获固有增益的变化性和不拟合噪声。此外，我们阐述了几个实际的方面，强调需要开发正规化的校准算法，不需要解决方案的间隔。
2021-03-23 astro-ph.IM
Limits on the validity of the thin-layer model of the ionosphere for radio interferometric calibration
对于在低频下进行观测的地基无线电干涉仪，电离层引起宇宙无线电波的传播延迟和折射，这导致接收信号中的相位误差。这些相位误差可以使用校准方法来校正，该方法假定在地球表面上方的固定高度处的二维相位屏幕，称为薄层模型。在这里，我们调查的薄层模型的有效性，并提供了一个简单的方程，用户可以检查时，这种近似可以适用于不同时间的一天，天顶距，干涉仪纬度，基线长度，电离层电子含量和观测频率的观测。
2016-04-13 astro-ph.IM
A Stochastic LBFGS Algorithm for Radio Interferometric Calibration
ASTRON, The Netherlands Institute for Radio Astronomy（荷兰射电天文研究所（ASTRON））；Netherlands eScience Center（荷兰电子科学中心）
我们提出了一个随机的，有限的内存Broyden弗莱彻Goldfarb Shanno（LBFGS）算法，适合于处理非常大量的数据。该算法的一个直接应用是以精细的时间和频率分辨率对原始数据进行无线电干涉校准。几乎所有现有的无线电干涉校准算法都假设有可能将被校准的数据集拟合到存储器中。因此，在执行校准之前，原始数据在时间和频率上被平均以将其大小减小许多数量级。然而，这种平均对于具有窄带宽和持续时间的某些感兴趣信号（诸如快速射电暴（FRB））的检测是有害的。使用所提出的算法，它是可能的校准数据在这样一个精细的分辨率，他们不能完全加载到内存中，从而保存这样的信号。作为额外的演示，我们使用所提出的算法来训练深度神经网络，并将其性能与深度学习中使用的主流一阶优化算法进行比较。
2019-04-13 astro-ph.IM cs.LG math.OC
A Bayesian approach to high fidelity interferometric calibration II: demonstration with simulated data
在一篇配套论文中，我们提出了BayesCal，这是一种用于减轻干涉校准中天空模型不完整性的数学形式。在本文中，我们演示了使用BayesCal校准退化增益参数的全斯托克斯模拟观测与HERA一样的六边形密排冗余阵列，为三个假设水平的先验已知组件的校准天空模型的完整性。我们比较的BayesCal校准解决方案，通过校准退化的增益参数与校准天空模型的先验已知的组成部分，既有和没有施加物理激励先验的增益振幅的解决方案和两个选择的基线长度范围内校准恢复。我们发现，BayesCal提供的校准解决方案，高达四个数量级的低功率杂散增益幅度波动的校准解决方案，而不是来自同一数据集的替代方法，和$\sim10^7$和$\sim10^{10}$倍小于在整个范围内的光谱尺度上的平均退化增益幅度的数据。此外，我们发现，在模拟的情况下，只有BayesCal有足够高的保真度校准解决方案，无偏恢复的21厘米功率谱上的大光谱尺度（$k_\parallel \lesssim 0.15~h\mathrm{Mpc}^{-1}$）。在所有其他情况下，在所研究的完备性体系中，这些尺度是被污染的。
2022-06-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Interferometric Imaging Directly with Closure Phases and Closure Amplitudes
干涉成像现在可以达到10微弧秒的角分辨率，探测单台望远镜无法达到的尺度。传统的合成成像方法需要校准的干涉仪，然而，干涉校准是具有挑战性的，特别是在高频率。然而，大多数研究在“自校准”过程之后仅呈现其数据的单个图像，这是一个迭代过程，其中初始图像和校准假设可以显著影响最终图像。我们提出了一种有效的干涉成像直接使用封闭振幅和封闭相位，这是免疫站为基础的校准误差的方法。仅闭合成像提供尽可能不明确的结果，并允许独立于单独的幅度和相位自校准重建图像。虽然仅闭合成像消除了一些图像信息（例如，总图像通量密度和图像质心），可以通过少量的附加约束来恢复该信息。我们证明，关闭只有成像可以产生高保真度的结果，即使是稀疏的阵列，如事件视界望远镜，所得到的图像是独立的系统振幅误差的水平。我们将闭合成像应用于VLBA和ALMA数据，并表明它能够匹配或超过这些数据集的传统自校准和CLEAN性能。
2018-03-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
A detector interferometric calibration experiment for high precision astrometry
内容：在过去的二十年里，由于对新探测方法的不懈探索和对现有方法的改进，系外行星科学取得了惊人的进展。然而，天体测量学提供了一个独特的和未开发的潜力，发现可居住区的低质量行星周围的所有太阳附近的恒星。为了实现这一目标，天体测量必须与探测器的高精度校准配对。目的：提出一种高精度天体测量中探测器的定标方法。结合天体测量模拟器和干涉校准系统的实验测试平台被用来验证所需的校准和信号处理方法的硬件。目标是在奈奎斯特采样多色点扩散函数的位置上的5e-6像素的精度。方法：利用干涉仪校准系统在探测器上产生调制后的杨氏条纹。杨氏条纹参数化的产品的时间和空间相关的功能，基于各种像素参数。迭代地进行函数参数的最小化，直到获得收敛，从而揭示天体测量的校准所需的像素信息。结果：校准系统产生的像素位置的精度估计在4 e-4像素。在包括像素位置信息之后，对于超过五个像素的PSF运动，获得6 e-5像素的天体测量精度。在静态模式下（小于1 e-3像素的小抖动运动），达到了3e-5像素的光子噪声限制精度。
2016-09-08 astro-ph.IM
Statistical Performance of Radio Interferometric Calibration
ASTRON（荷兰射电天文研究所）
校准是无线电干涉测量数据处理中必不可少的一步，它校正数据的系统误差，此外，减去明亮的前景干扰，以揭示隐藏在残差中的微弱信号。这些微弱和未知的信号是非常受欢迎的，以达到许多科学目标，但校准对这些信号的影响是一个永远存在的问题。其主要原因是校准中使用的模型不完整。基于一致性优化的分布式校准已被证明可以通过以计算高效的方式校准覆盖宽带宽的数据来减轻由于模型不完整性造成的影响。在本文中，我们研究了方向相关的分布式校准的统计性能，即，校准对残差统计造成的失真。为了研究这一点，我们考虑输入未校准数据和输出残差数据之间的映射。我们推导出一个分析关系的影响，输入的残差，并使用此找到输入和输出的概率密度函数之间的关系。使用模拟，我们表明，这个映射的雅可比矩阵的最小特征值是校准的统计性能的可靠指标。本文中开发的分析也可以应用于无线电干涉测量中的其他数据处理步骤，例如成像和前景减法以及许多其他机器学习问题。
2019-04-30 astro-ph.IM cs.LG
Radio Interferometric Calibration Using The SAGE Algorithm
LOFAR和SKA等新一代无线电合成阵列的目标是实现比现在更高的灵敏度、分辨率和频率覆盖范围，特别是在低频。为了实现这一目标，所使用的校准技术的准确性是相当重要的。此外，由于这些望远镜产生大量数据，校准收敛的速度是一个主要瓶颈。校准中的误差是由于系统噪声（天空和仪器）以及校准技术本身引入的估计误差，我们称之为求解器噪声。我们将求解器噪声定义为最优解（未被系统噪声破坏的未知量的真实值）与通过校准获得的解之间的距离。我们提出了空间交替广义期望最大化（SAGE）校准技术，这是一个修改的期望最大化算法，并比较其性能与传统的最小二乘校准的基础上，由每种技术引入的求解器噪声水平。为此，我们开发的统计方法，使用校准的解决方案，以估计求解器噪声的水平。SAGE校准算法在精度和收敛速度方面都产生了非常有前途的结果。我们采用的比较方法引入了一个新的框架来评估不同校准方案的性能。
2011-02-16 astro-ph.IM
Ionospheric Calibration of Low Frequency Radio Interferometric Observations using the Peeling Scheme: I. Method Description and First Results
无线电干涉观测的校准在较低频率上变得越来越困难。在~300 MHz以下，通过电离层传播的无线电波的空间变化折射和传播延迟会导致相位旋转，相位旋转会随时间、观察方向和天线位置而显著变化。在这篇文章中，我们提出了SPAM（源剥离和大气建模），一种新的校准方法，试图迭代求解和校正电离层相位误差的描述和第一个结果。为了模拟电离层，我们构建了一个时变的，2维的相位屏幕在固定的高度以上的地球表面。空间变化描述了一个截断的离散Karhunen-Loeve基函数，优化假设的幂律谱密度的自由电子密度波动，和一个给定的配置的校准源和天线位置。该模型是约束使用基于天线的增益相位从个人的自校准上可用的亮源在视场中。应用SPAM的三个测试案例，模拟的能见度数据集和两个选定的74 MHz VLA数据集，产生显着改善图像背景噪声（5- 75%的减少）和源峰值通量（高达25%的增加）相比，现有的自校准和基于字段的校准方法，这表明电离层相位校准精度显着提高。
2009-05-04 astro-ph.IM
On Identifiability and Estimability of Direction Dependent Calibration of Radio Interferometric Arrays
校准是任何射电天文仪器信号处理流程中的关键步骤。这一步骤所需的天空、电离层和仪器模型可能存在各种不完整性。在本文中，我们分析了几个重要的校准方法，忽略了现在的电离层。其目的是使用已建立的统计和信号处理工具，以提供一个通用的方法来评估仪器的校准。我们展示了目前流行的校准技术如何在他们的假设不同，并讨论了他们的理论共性。我们还研究了只使用基线的子集对校准的影响，并提供了理论方法来分析它可能引入的过量噪声和偏差。为了简化结果的物理解释，我们引入了一个新的信号处理模型，该模型能够模拟仪器方向相关的影响和频谱平滑的波束形成站内的个人接收器增益。通过推导Cramér-Rao界（CRB）研究了该模型的统计性质.最后，我们定义了一个数学框架的基础上使用的模型，这是通用的，可用于研究不同的仪器的仪器的校准。这些理论结果，然后使用数值模拟进行验证。
2019-02-07 astro-ph.IM
Non-convex optimization for self-calibration of direction-dependent effects in radio interferometric imaging
无线电干涉成像的目的是估计一个未知的天空强度图像从退化的观测，通过天线阵列获得。在完美校准阵列的理论情况下，已经表明，通过基于凸优化和压缩感知理论的迭代算法来解决相应的成像问题可以与诸如CLEAN的经典算法竞争。然而，在实践中，基于天线的增益是未知的并且必须被校准。未来的射电望远镜，如SKA，旨在提高成像分辨率和灵敏度的数量级。在这个精度水平上，必须考虑增益的方向依赖性，并且无线电干涉成像可以被理解为盲解卷积问题。在这种情况下，基本的最小化问题是非凸的，并适应技术的设计。在这项工作中，利用非凸优化的最新发展，我们提出了无线电干涉测量中的第一个联合校准和成像方法，并证明了收敛保证。我们的方法，基于一个块坐标的前向-后向算法，共同占的图像和方向相关的影响（DDE）上的vibrium和合适的先验。正如在最近的作品中所展示的，稀疏性仍然是图像的优先选择，而DDE被建模为天空的平滑函数，即空间带限。最后，我们通过仿真表明，我们的方法的效率，重建图像的点源和复杂的扩展源。MATLAB代码可以在GitHub上找到。
2017-07-24 astro-ph.IM
Comparing Redundant and Sky Model Based Interferometric Calibration: A First Look with Phase II of the MWA
试图测量再电离时期21厘米信号的干涉阵列必须与前景源的压倒性明亮发射相抗衡。准确恢复21厘米信号将需要对阵列进行精确校准，近年来已经探索了几种新的校准途径，包括在天线配置中使用冗余的方法。新升级的Murchison宽场阵列（MWA）第二阶段是第一个具有大量冗余基线的干涉仪，同时保持良好的瞬时紫外覆盖。因此，该阵列提供了一个独特的机会，比较冗余校准与基于天空模型的算法。在本文中，我们提出了第一个结果比较两种校准方法MWA第二阶段的观测。对于冗余校准，我们使用OMNICAL软件包，并使用快速全息反卷积（FHD）分析软件包生成基于天空的校准解决方案。有三个主要结果。(1)我们报告OMNICAL的ORBComm卫星观测的成功，冗余的能见度测量校准后显示出实质性的协议。(2)我们直接比较OMNICAL校准解决方案与FHD的校准解决方案，并证明这两种不同的校准方案给出了非常相似的结果。(3)我们探索通过结合OMNICAL和FHD来改进校准。我们评估这些组合的方法，使用功率谱技术开发的EoR分析，并找到证据的边际改善减轻工件的功率谱。这些结果可能受到所使用的六小时数据的信噪比的限制，但建议未来将这两种校准方案结合起来的方向。
2018-07-14 astro-ph.IM
Data Multiplexing in Radio Interferometric Calibration
新的和即将推出的无线电干涉仪将产生前所未有的数据量，需要非常强大的计算机进行处理。这是一个限制因素，因为涉及到大的计算能力和能源成本。这种局限性限制了无线电干涉测量中的几个关键数据处理步骤。一个这样的步骤是校准，其中确定并校正数据中的系统误差。准确的校准是实现射电天文学许多科学目标的重要组成部分，利用频率上系统误差的连续性的一致性优化的使用显著提高了校准精度。为了达成充分共识，需要同时校准所有频率的数据。在SKA机制中，如果可用的计算代理没有同时处理来自所有频率信道的数据的资源，则这可能变得棘手。在本文中，我们提出了一种复用方案，是基于交替方向的乘法器（ADMM）与循环更新。通过这种方案，可以使用比数据可用的频率数量少得多的计算代理来同时校准完整的数据集。我们给出了模拟结果，以显示所提出的多路复用方案的可行性，同时校准一个完整的数据集时，有限数量的计算代理可用。
2017-11-29 astro-ph.IM cs.DC
Systematic biases in low frequency radio interferometric data due to calibration: the LOFAR EoR case
中性氢原子21厘米红移谱线是再电离期（EoR）的一个很有前途的探针。然而，它的检测需要彻底了解和控制的系统误差。我们研究了两个系统的偏差，观察到的LOFAR EoR残差数据校准后，减去明亮的离散前景源。第一个效应是扩散前景中的抑制，这可能意味着21 cm信号的抑制。第二个影响是超出热噪声的过量噪声。多余的噪声在小的频率尺度上表现出波动，因此它不能通过前景去除或避免方法容易地去除。我们的分析表明，由于色点扩散函数和电离层闪烁引起的残留源旁瓣不是多余噪声的主要原因。相反，扩散前景的抑制和过量的噪声都可能由于使用主要包含明亮离散源的不完整天空模型进行校准而发生。我们表明，校准只对明亮的来源可能会导致其他信号的抑制，并在数据中引入过量的噪声。抑制和过量噪声的水平取决于未包括在模型中的源的相对通量相对于建模源的通量。我们讨论了可能的解决方案，如只使用长基线校准的干涉仪增益的解决方案，以及同时多频校准以及它们的优点和缺点。
2016-05-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
21 cm observations: calibration, strategies, observables
本章的目的是提供一个21厘米干涉观测的基础知识和方法的审查。无线电干涉测量的主要概念及其与21厘米观测值-功率谱和图像-的联系的摘要。然后，我提供了一个审查的干涉校准及其相互作用与前景分离，包括目前开放的挑战，在校准21厘米的观测。最后，根据校准选择和观测策略，对21厘米仪器设计进行了审查。
2019-09-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Bayesian radio interferometric imaging with direction-dependent calibration
本文提出了一种基于resolve框架的贝叶斯基线干涉成像与校准算法，利用图像域网格化处理方向相关天线增益，并通过变分推断提供误差图，显著提升了重建图像的分辨率与动态范围。
2023-05-09 astro-ph.IM
Further evaluation of bootstrap resampling as a tool for radio-interferometric imaging fidelity assessment
我们报告了一个更广泛的评估统计引导rescue方法作为一种工具，在无线电干涉测量像素级校准和成像保真度评估。像素级成像保真度评估是一个具有挑战性的问题，重要的价值，它在强大的科学解释干涉图像，增强自动流水线减少系统需要扩大用户社区为这些仪器，并了解leadingedge方向相关的校准和成像的挑战，为未来的望远镜，如平方公里阵列。这种新的计算方法现在是可能的，因为在长期依赖性和当代高性能计算资源的可用性能的数据的统计响应的进步。我们扩大我们以前的数值评估，以跨越更广泛的域子集在模拟图像保真度和源亮度分布形态。如前所述，我们评估了自举响应方法对直接蒙特卡罗模拟的统计性能。我们发现基于模型和子样本的自助方法继续显示出显着的承诺，具有挑战性的问题，干涉成像quantityassessment，在更广泛的域子集进行评估时。我们报告其测量的统计性能和指导方针，他们的使用和应用在实践中。我们还研究了在本研究中使用的基础偏振自校准算法的性能在一个范围内的视差角覆盖。
2009-11-10 astro-ph.IM
Primary Beam Shape Calibration from Mosaicked, Interferometric Observations
干涉射电望远镜镶嵌观测的图像质量在很大程度上取决于天线主波束校准的精度。下一代射电望远镜阵列，如艾伦望远镜阵列（ATA）和平方公里阵列（SKA），具有关键的科学目标，包括进行充满亮点源的大型镶嵌观测。我们提出了一种新的方法来校准望远镜的平均主光束的形状，使用这些明亮的光源在马赛克的多个冗余的意见。该方法具有简单的高斯光束形状的解析解，但也可以通过$χ^2$最小化应用于更复杂的光束形状。这种简单、概念清晰的方法的一个主要好处是，它利用科学数据进行校准，从而节省了望远镜的时间，并通过同时进行校准和观测来提高精度。我们适用于1.43 GHz的数据在ATA二十厘米调查（ATATS）和3.14 GHz的数据在ATA的Pi千兆赫巡天（PiGSS）。我们发现，光束的计算的半高全宽（FWHM）值与理论值，几个独立的方法测量的值，和模拟的值，我们用来证明我们的方法对未来的望远镜，如扩展ATA和SKA的数据的有效性是一致的。这些结果是初步的，可以通过拟合更复杂的梁形状来扩展。我们还调查，通过模拟的方式，对天线数量的望远镜的FWHM的精度的依赖关系。我们发现，我们的拟合方法返回的不确定性是成反比的阵列中的天线的数量。
2010-10-06 astro-ph.IM
New method for the time calibration of an interferometric radio antenna array
数字无线电天线阵，如LOPES（LOFAR PrototypE Station），通过大气广泛的空气簇射的无线电发射来探测高能宇宙射线。LOPES是放置在德国卡尔斯鲁厄理工学院的KASCADE-Grande实验中的偶极天线阵列。天线被数字化组合，通过形成进入空气簇射到达方向的波束来构建无线电干涉仪，这允许即使在单个天线中的低信噪比下也进行测量。该技术需要精确的时间校准。几个校准步骤的组合用于实现约1 ns的必要授时精度。测量设置的群延迟，在随后的数据分析中校正这些延迟（色散）的频率依赖性，并监测延迟随时间的变化。我们使用一个发射参考天线，一个信标，它以已知的频率连续发射正弦波。通过测量信标频率处的相位，可以在每个记录的事件处检测和校正天线之间的相对延迟的变化。
2010-02-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
High Dynamic-Range Radio-Interferometric Images at 327 MHz
使用孔径合成望远镜进行射电天文成像需要对点扩散函数进行反卷积，并校准仪器特性（初级射束）和前景（电离层/大气层）效应。这些效应随时间变化，并且在整个视场中变化，从而导致方向相关（DD）的时变增益。在实际情况下，初级光束将偏离理论估计，如果不进行校正，其水平将限制图像的动态范围。电离层电子密度的变化引起源的时变折射和位置变折射。在低频率和足够高的动态范围下，这也将使图像散焦，产生误差图案，该误差图案由于合成望远镜的色差而随位置以及频率变化。这种残留旁瓣的叠加可能导致伪频谱信号。基于实地的电离层校准以及对强源的“剥离”校准导致图像具有更高的动态范围和更低的虚假信号，但将受到必要的短时间尺度上的灵敏度的限制。结果是改进的图像，尽管仍存在一些伪影。
2011-11-23 astro-ph.IM
Radio Interferometric Calibration with the Exponential Map
Argentine Institute of Radio astronomy (IAR), UNLP - CONICET - CICPBA（阿根廷射电天文研究所（IAR），拉普拉塔国立大学-国家科学研究委员会-圣克鲁斯省科学和技术研究委员会）；LEICI Institute of Research in Electronics, Control and Signal Processing, UNLP - CONICET（电子、控制和信号处理研究所（LEICI），拉普拉塔国立大学-国家科学研究委员会）
本文利用指数映射和李群提出一种快速最大似然估计器用于射电干涉校准，其性能达到克拉美-罗下界，且比期望最大化算法快约40倍，并在AS 209观测中验证。
2026-10-02 astro-ph.IM eess.SP
A Formalism for Calibrating the Instrumental Polarization of Radio Interferometric Arrays at Meter Wavelengths using Unpolarized Sky: A Demonstration using the MWA Observations
本文提出一种利用非偏振天空模型校准米波段射电干涉阵列仪器偏振的新形式化方法，通过主波束引起的表观偏振避免依赖明亮偏振校准源且不受电离层法拉第旋转影响，并用MWA观测验证了其准确性。
2025-05-06 astro-ph.IM
An Interferometric Analysis Method for Radio Impulses from Ultra-high Energy Particle Showers
提出了一种重建点源超宽带脉冲信号的干涉技术。这种高灵敏度的方法是为寻找超高能中微子与ANITA实验，但完全推广到任何天线阵列检测无线电脉冲事件。干涉测量方法的应用包括事件重建、热噪声和人为背景抑制以及用于校准的太阳成像。我们说明了这种技术的应用程序从ANITA-I和ANITA-II的数据在200-1200 MHz频段的分析。
2013-04-20 astro-ph.IM
A practical preconditioner for wide-field continuum imaging of radio interferometric data
著名的CLEAN算法自20世纪70年代提出以来，一直是射电干涉测量中反卷积算法的基石。对于所有的缺点，CLEAN是非常快的，强大的校准文物，并在其建模点源的能力。我们演示了如何相同的假设，提供清洁的速度可以用来加速更复杂的反卷积算法。
2021-01-20 astro-ph.IM
Closure statistics in interferometric data
干涉测量信号反映了干涉阵列中天线上记录的信号之间的复杂相关性，携带有关远距离源的角结构的信息。虽然幅度和相位中的未知天线增益可能会阻止对这些测量的直接解释，但称为闭合相位和闭合幅度的某些组合与天线增益无关，并提供了一组方便的鲁棒可观测量。然而，这些封闭量具有细微的噪声特性，并且通常是线性和统计相关的。这些复杂性阻碍了封闭量在干涉测量分析中的正确使用，并且它们模糊了封闭量分析与其他分析技术（如自校准）之间的关系。我们回顾了封闭量的统计，注意到由于统计误差的非线性传播而在接近低信噪比时出现的常见陷阱。然后，我们开发了一种策略，用于隔离和拟合封闭量捕获的独立自由度，通过明确的线性独立的数量集及其噪声协方差在高斯限制，有效的中等信噪比，我们证明了模型拟合有偏后验，当这个协方差被忽略。最后，我们介绍了一个统一的程序，用于拟合封闭信息和部分校准的vibrium，我们证明了分析和数值的直接等价的推断封闭量的基础上，自校准的复杂的vibrium与无约束的天线增益。
2020-05-01 astro-ph.IM
Image-Plane Self-Calibration in Interferometry
提出了一种新的干涉成像数据像面自标定方法。该过程是基于形状-取向-尺寸（SOS）守恒的图像中的主三角形产生的三个条纹从一个三元组的接收元件，在干涉相位误差的情况下，可以分解成元素为基础的条款。SOS守恒原理的基础是，对于3元件阵列，由于基于元件的相位屏导致的唯一可能的图像损坏是孔径平面的倾斜，导致图像平面的偏移。因此，由任何3元件干涉仪制成的图像表示源亮度的真实图像，模未知的平移。图像平面自校准需要通过观察到的三元组图像与源亮度的模型图像的互相关来导出每个三元组图像的未知平移。在校正这些独立的偏移并对对齐的三元组图像求和之后，从整个阵列生成源亮度的良好图像，以衍射极限分辨率恢复源结构。该过程是迭代的，使用基于先前迭代的改进的源模型。我们展示了高信噪比的背景下的技术，包括基于射电天文设施的配置，和简单的模型的双源。我们表明，该过程收敛的简单模型考虑，虽然收敛速度慢于大$N$阵列的孔径平面自校准。正如目前实现的那样，该过程与具有少量元素的数组最相关。更一般地说，该技术提供了几何洞察关闭阶段和自校准过程。该技术可推广到整个电磁波谱的非天文干涉成像应用。
2022-10-27 astro-ph.IM physics.optics
The ALMA Interferometric Pipeline Heuristics
本文介绍了截至 ALMA Cycle 9 部署的 ALMA 干涉测量数据处理流水线的校准与成像启发式方法，支持多种数据和任务，97% 数据集实现自动化处理，并规划了自校准等未来功能。
2023-07-25 astro-ph.IM
A New Method for Aperture Masking Interferometric Imaging: Demonstration with the JWST
National Radio Astronomy Observatory（国家射电天文台）；Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Univ. of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室天体物理组）；ALBA - CELLS Synchrotron Radiation Facility（阿尔巴-CELLS同步辐射设施）；Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Space & Astronomy（联邦科学与工业研究组织（CSIRO）空间与天文部门）
该研究提出了一种利用无线电天文技术改进近红外孔径掩膜干涉成像的方法，并通过JWST观测验证了其有效性，提高了成像动态范围。
2025-10-15 astro-ph.IM physics.acc-ph physics.optics
Source detection in interferometric visibility data. I. Fundamental estimation limits
天体物理学起源的瞬态无线电信号为研究动态宇宙提供了一条途径。随着下一代无线电干涉仪的规划和建造，有很大的潜力来检测和研究大样本的无线电瞬变。目前使用的基于图像的技术，用于检测无线电源还没有被证明是最佳的，有必要开发更复杂的算法，和方法，比较不同的检测技术。可分辨空间检测器受益于我们对可分辨空间噪声特性的良好理解，并且不受图像伪影的影响，并且不需要在图像空间检测器中进行去卷积。在本文中，我们提出了一种方法来设计最佳的源检测器使用可见性数据，统计决策理论的基础上。该方法与传统的射电天文学源探测方法有很大的不同。最佳检测需要一个准确的数据模型，我们提出了一个现实的无线电干涉数据的似然函数模型，包括校准，信号混淆和大气相位波动的影响。作为这个过程的一部分，我们得到的干涉阵列的校准，包括许多相对较弱的“在束”校准器使用的情况下，基本的限制。这些限制，然后连同大气相位波动的模型，以确定在一般情况下测量源的位置，通量密度和光谱指数的限制。然后，我们提出了一个最佳的干涉仪使用现实的模型，空间探测器。
2011-02-18 astro-ph.IM
The latest results from DICE (Detector Interferometric Calibration Experiment)
Theia是2014年向欧空局提出的一项天体测量任务，其科学目标之一是探测附近太阳型恒星宜居带中的类地系外行星。这一目标要求能够以1 e-5像素的精度测量恒星质心。目前最先进的质心估计方法在两倍奈奎斯特采样时已经达到约3e-5像素的精度，这在JPL的VESTA实验中得到了证明。使用计量系统来校准像素内和像素间量子效率变化，以便校正像素误差。Theia联盟正在真空中运行一个测试平台，以实现质心估计的1 e-5像素精度。目标是为Theia航天器的精度要求提供概念验证。试验台由两个主要的子系统组成。第一种方法产生伪星：将黑体光源馈入大芯光纤，照亮物平面上的针孔掩模，由CCD上的反射镜成像。第二个子系统是测量子系统，它将年轻的条纹投射到CCD上。干涉条纹由两条单模光纤产生，光纤面对CCD并固定在反射镜上。在本文中，我们提出了最新的实验进行，并在一系列的升级后，测试台上完成的结果。校准系统产生的像素位置的精度估计在4 e-4像素。在包括像素位置信息之后，对于超过5个像素的PSF运动，获得6 e-5像素的天体测量精度。在静态模式下（小于1 e-3像素的小抖动运动），达到了3e-5像素的光子噪声限制精度。
2016-08-01 astro-ph.IM
Robust analysis of differential Faraday Rotation based on interferometric closure observables
本文提出利用独立于校准的闭合迹分析干涉观测的偏振信息，通过对模拟和真实数据（如EHT对M87的ALMA观测）的应用，成功约束了空间分辨的偏振并量化了法拉第旋转梯度，为各类干涉仪观测提供了新方法。
2023-03-07 astro-ph.IM
The effect of the ionosphere on ultra-low frequency radio-interferometric observations
电离层是一系列系统效应的主要驱动力，这些效应限制了我们用无线电干涉仪探索低频（<1 GHz）天空的能力。它的影响对较低频率变得越来越重要，并且在低频望远镜工作的低信噪比状态下特别难以校准。在本文中，我们描述和量化电离层引起的系统误差天文干涉射电观测在超低频（<100 MHz）的影响。我们还提供了在这些频率下使用低频阵列（LOFAR）和未来仪器（如平方公里阵列（SKA））进行观测和数据处理的指南。我们推导出电离层引起的预期系统误差。我们将我们的预测与LOFAR的低波段天线（LBA）系统的数据进行比较。我们表明，我们可以隔离电离层的影响LOFAR LBA数据，我们的结果是兼容的卫星测量，提供了一个独立的方式来测量电离层总电子含量（TEC）。我们还展示了如何电离层腐败的相关振幅通过反褶曲。我们报告的电离层结构函数的值符合文献。LOFAR LBA数据相位上的系统误差可以精确地建模为四种效应（时钟、电离层一阶、二阶和三阶）的总和。这大大减少了所需校准参数的数量，因此能够实现新的有效校准策略。
2018-04-21 astro-ph.IM
Million Points of Light (MPoL): a PyTorch library for radio interferometric imaging and inference
本文介绍基于PyTorch的MPoL库，通过神经网络组件与自动微分支持射电干涉可见度数据的前馈建模，实现合成成像、参数化贝叶斯推断及参数联合优化。
2025-01-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
Advanced Gain Calibration Techniques in Radio Interferometry
在本讲座中，我们将介绍一些先进的增益校准技术。特别地，自校准是在所有波长下的干涉成像中的重要工具。它允许观测者确定并消除正常校准后数据中残留的残余相位和幅度误差，同时产生目标源的更准确和更灵敏的图像。我们描述了自校准的基本技术，并试图消除一些常见的误解。我们继续给出了一系列有用的提示，并提供了连续，谱线，和马赛克自校准的例子，使用ALMA数据。我们还讨论了快速切换和辐射相位校正以及先进的相位传递技术，可以成为有利的，甚至是必要的，在高频率的密度足够明亮的相位校准变得稀疏。
2018-05-14 astro-ph.IM
A Digital Calibration Source for 21cm Cosmology Telescopes
前景减缓对所有使用红移中性氢21厘米发射线的宇宙学目标的下一代射电干涉仪至关重要。试图消除这种前景发射导致了新的分析技术以及专门用于仪器光束和增益校准的硬件的新发展，包括稳定的信号注入干涉阵列和基于无人机的光束映射平台。目前文献中使用的无线电校准源是宽带非相干源，其只能被检测为过量功率并且对相位信息没有直接灵敏度。在本文中，我们描述了一个数字无线电源，它使用全球定位卫星（GPS）派生的时间戳，形成一个确定性的信号，可以从空中平台广播。可以在仪器相关器处本地部署该源的副本，使得来自空中平台的接收信号可以与本地副本相关，并且可以在每个干涉测量元件的幅度和相位两者中测量所得到的相关性。我们定义了这样一个源的要求，描述了一个初始的实施和验证这个源使用商业软件定义的无线电板，并提出了波束图切片天线范围测量使用商业板。我们发现商用板并不能满足所有要求，因此我们还建议未来使用更复杂的芯片组。
2022-11-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulations of ionospheric refraction on radio interferometric data
再电离时代（EoR）是中性宇宙过渡到电离宇宙的时期。这一时期仍然没有观察到使用低频无线电干涉仪的目标是21厘米信号的中性氢发射在这个时代。Murchison Widefield Array（MWA）射电望远镜的主要科学目标之一就是探测这种信号。成功探测的最大挑战之一是校准，特别是在地球电离层存在的情况下。电离层由于引入折射源偏移、源形状扭曲和通量密度增大，在低频射电天文学中是一个主要的麻烦。我们介绍了SIVIO，一个软件工具，通过不同的电离层条件估计使用薄屏幕近似模型和传播到vibrium模拟观测的MWA。这使我们能够直接评估电离层对观测到的EoR数据和由此产生的功率谱的影响。我们表明，模拟数据捕捉电离层效应的色散行为。我们表明，模拟电离层介质的空间结构是准确地重建所得到的源位置偏移或从数据校准过程中评估的参数。反过来，这将为进入平方公里阵列时代的EoR数据中识别和有效消除电离层污染的最佳策略提供信息。
2021-05-10 astro-ph.GA astro-ph.IM
Lossless compression of simulated radio interferometric visibilities
ASTRON, the Netherlands Institute for Radio Astronomy（荷兰射电天文研究所）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）
提出Sisco无损压缩方法，用于压缩无噪声的预测模型数据，实现24%的体积减少，适用于不同天文观测数据集。
2025-12-29 astro-ph.IM
SIFARI: Self-Supervised Interferometric Fitting for Astronomical Radio Imaging
Rice University（莱斯大学）；Rice Space Institute（莱斯空间研究所）；National Radio Astronomy Observatory（美国国家射电天文台）；NSF-Simons AI Institute for Cosmic Origins（NSF-西蒙斯宇宙起源人工智能研究所）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
SIFARI是一种自监督神经网络方法，直接拟合可见度函数以重建射电干涉图像，无需外部训练集，在合成ALMA测试和PDS 70观测中均优于CLEAN，并支持自校准。
2026-09-30 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.LG
Feasibility of Self-Calibration for ngVLA Dynamic Range Requirements
该研究探讨了ngVLA通过常规短时标自校准满足45 dB和35 dB动态范围要求的可行性，提出一种仅依赖天线数和科学噪声水平的通用极限分析方法。
2025-04-20 astro-ph.IM
