A Technique for Foreground Subtraction in Redshifted 21 cm Observations
未来21厘米观测的主要挑战之一是消除比HI信号强几个数量级的前景。我们提出了一种新技术来消除红移21厘米观测的前景。我们考虑多频干涉仪观测。我们假设在不同频率通道中的21 cm信号是不相关的，并且前景信号作为频率的函数缓慢地变化。当我们添加所有通道的亮度时，前景信号大致增加~N倍，因为它们高度相关。然而，21 cm信号增加了~ \sqrt{N}的因子，因为不同通道中的信号随机地起作用。这使得我们能够获得前景角功率谱的精确形状。然后，我们通过减去这样获得的前景功率谱来获得21-cm功率谱。我们描述了如何获得21 cm信号的平均功率谱。
2012-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
SKAO HI Intensity Mapping: Blind Foreground Subtraction Challenge
中性氢强度测绘（HI IM）将是宇宙学的一个新的强有力的探索。然而，强烈的天体物理前景污染的信号和他们的耦合与仪器系统学进一步增加了数据清洗的复杂性。在这项工作中，我们模拟了一个现实的单碟HI IM调查的$5000$ ~度$^2$补丁在$950 - 1400$ MHz范围内，与SKA天文台（SKAO）和MeerKAT，其前身的MID望远镜。我们包括一个国家的最先进的HI模拟和探索不同的前景模型和仪器的影响，如非均匀的热噪声和光束旁瓣。我们在这些合成数据立方体上执行HI IM的第一个盲前景减法挑战，目的是在没有天空成分和噪声水平的先验知识的情况下评估可用前景清洁方法的性能。九个前景清理管道加入了挑战赛，基于统计源分离算法，盲多项式拟合和对前景的天体物理学参数拟合。我们设计的指标来比较管道性能定量。一般来说，它们可以在受望远镜光束影响最小的尺度范围内恢复20%以内的输入地图的2点统计数据。然而，由于前景结构和波束旁瓣之间的相互作用，在清洁的地图中出现伪影。我们的结论是，这是根本的，开发准确的束流反卷积算法和测试数据后处理步骤仔细清洗之前。这项研究是由SKA宇宙学科学工作组的HI IM焦点小组作为SKAO准备工作的一部分进行的。
2021-10-20 astro-ph.CO
The effect of foreground subtraction on cosmological measurements from Intensity Mapping
我们模拟了红移范围为0.01<z<1.5的21 cm强度测绘，旨在模拟未来射电望远镜（如平方公里阵列（SKA））所看到的天空，包括仪器噪声和银河前景。在我们的管道中，我们使用快速独立分量分析（fastica）技术删除了引入的银河前景。我们提出了大尺度物质分布的功率谱，C（1），在应用前景去除方法之前和之后，并计算所产生的系统误差。我们试图通过最佳地掩蔽地图来消除银河平面中的高前景，从而减少前景减法中的系统性。我们的模拟表明，在所有尺度l<400时，功率谱中仍存在一定程度的偏差。在大尺度l<30时，这种偏差特别显著。我们测量这些系统的影响，在两种不同的方式：首先，我们适合宇宙学参数的宽带形状的功率谱，其次，我们提取的位置的重子声学振荡（BAO）。在第一个分析中，我们发现，系统学引入了一个显着的转变，在2至3西格玛水平，这取决于掩蔽和噪声水平的最佳拟合宇宙学参数。然而，宇宙距离可以恢复在一个无偏的方式后，前景删除在所有模拟红移拟合的BAO的功率谱。我们的结论是，前景去除的进一步进展是必要的，以恢复无偏的信息，从宽带形状的功率谱，然而，强度映射实验将是一个强大的工具，在很宽的红移范围内映射宇宙的距离。
2013-10-30 astro-ph.CO
Eliminating polarization leakage effect for neutral hydrogen intensity mapping with deep learning
针对中性氢强度映射中的偏振泄漏效应，提出基于深度学习的U-Net前景去除方法，结合PCA预处理，有效去除了前景残余并补偿了信号损失，验证了其在HI涨落幅度约束误差下的稳健性。
2023-09-04 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
21 cm observation of LSS at z~1 Instrument sensitivity and foreground subtraction
利用中性氢原子HI的21 cm发射，可以追踪宇宙中的大尺度结构（LSS）。这样的三维物质分布图可以用来检验宇宙学模型和约束暗能量性质或其状态方程。一种新的方法，称为强度映射可以用来映射HI分布，使用具有大的瞬时视场和波段的无线电干涉仪。本文研究了在21厘米波段观测大尺度结构和BAO振荡的不同射电干涉仪配置或多波束仪器的灵敏度，并讨论了前景去除问题。对于每种配置，我们通过使用vibrant计算（u，v）或傅立叶角频率平面覆盖来确定仪器响应。（u，v）平面响应是噪声功率谱，因此是用于LSS P（k）测量的仪器灵敏度。我们还描述了一个简单的前景减法分离LSS 21厘米信号的前景，由于银河系同步辐射和射电源的排放。我们计算了不同仪器配置的噪声功率谱以及提取的LSS功率谱，从前景分离后的21厘米LSS信号。我们还得到了一个优化的21厘米BAO调查的暗能量参数的不确定性。我们表明，一台同时发射几百个波束、收集面积约为10000平方米的射电仪器将能够探测到红移z ~ 1的BAO信号，并将与光学巡天相媲美。
2011-08-06 astro-ph.CO
Gaussian Process Foreground Subtraction and Power Spectrum Estimation for 21 cm Cosmology
在再电离时代（EoR）实现21厘米强度绘图的科学潜力的主要挑战之一是分离天体物理前景污染。最近的工作声称，高斯过程回归（GPR）可以鲁棒地执行这种分离，特别是在低傅立叶$k$波数的信号达到其峰值信噪比。我们重新审视这一主题铸造GPR前景减法（GPR-FS）到二次估计形式主义，从而把它的统计特性更强的理论基础。我们发现，GPR-FS可以扭曲在这些低k模式的窗口函数，没有适当的去相关，使它难以探测EoR功率谱。顺便说一句，我们还表明，GPR-FS实际上是密切相关的广泛研究的最优二次估计。作为一个案例研究，我们看看最近的功率谱上限从低频阵列（LOFAR），利用GPR-FS。我们密切关注他们的归一化方案，表明它是特别敏感的信号丢失时，EoR协方差被错误估计。这意味着最近对LOFAR极限的天体物理学解释可能产生的后果，因为许多被排除在外的EoR模型不属于LOFAR探索的协方差模型的范围。由于对这种偏差更鲁棒（尽管并非完全没有），我们得出结论，二次估计量是实现GPR-FS和计算21 cm功率谱的更自然的框架。
2020-12-28 astro-ph.CO
The Impact of Spin in Compact Binary Foreground Subtraction for Estimating the Residual Stochastic Gravitational-wave Background in Ground-based Detectors
本文研究自旋参数和极端条件数事件对致密双星前景扣除的影响，发现自旋与对称质量比的强简并导致残余前景显著增大，从而降低地面探测器探测非CBC起源随机引力波背景的能力。
2024-05-14 astro-ph.CO gr-qc
SILC: a new Planck Internal Linear Combination CMB temperature map using directional wavelets
我们提出了新的干净的地图的CMB温度各向异性（普朗克测量）构造一种新的内部线性组合（ILC）算法，使用方向，尺度离散小波-尺度离散，方向小波ILC或SILC。方向小波与球面上的信号进行卷积，可以分离出CMB和前景所特有的各向异性结构。扩展以前的分量分离方法，使用前景的频率，空间和谐波特征将它们从宇宙背景信号中分离出来，SILC还可以使用前景和CMB中的形态信息来更好地定位清洁算法。我们测试普朗克数据和模拟的方法，证明与现有的组件分离算法的一致性，并讨论如何优化形态信息的使用，通过改变方向小波的数量作为空间尺度的函数。我们发现，结合使用的方向和轴对称小波尺度依赖于可以产生更高质量的CMB温度图。我们的研究结果设置阶段的SILC偏振各向异性通过扩展到自旋小波的应用。
2016-06-23 astro-ph.CO
An Improved Diffuse Foreground Subtraction by ILC method: CMB Map and Angular Power Spectrum using Planck and WMAP Observations
本文提出了一种改进的谐波空间多相位迭代内线性组合方法，用于从宇宙微波背景（CMB）图中最小化扩散前景。新程序包括两个阶段。在阶段1中，通过在天空的期望部分上的单次迭代中在谐波空间中执行通常的ILC操作来获得漫射前景清洁图。在阶段2中，我们也在谐波空间中使用迭代ILC方法获得最终前景清洁图，然而，现在，在前景最小化的每次迭代期间，在当前迭代中未被清洁的天空的一些区域被阶段1清洁图的对应清洁部分替换。新的ILC方法消除了在旧的和通常的谐波空间迭代ILC方法中不可避免地存在的前景泄漏信号。新的方法是灵活的，以处理输入频率图，无论他们是否最初具有相同的仪器和像素分辨率，通过使他们在分析开始时，一个共同的和最大可能的光束和像素分辨率。这大大减少了数据冗余，从而减少了内存使用和计算成本。在ILC权重计算期间，它避免了通过波束和像素窗口函数对部分天空球谐系数进行去卷积的任何需要，在严格的数学意义上，这对于方位角对称窗口函数来说是没有明确定义的。使用WMAP 9年和Planck-2015公布的频率图，我们获得了一对前景清洁CMB图和CMB角功率谱。我们的功率谱与Planck-2015结果吻合良好，但存在一些差异。最后，我们表明，ILC前景最小化的权重有一个内在的特点，它往往会产生一个统计各向同性的CMB地图以及。
2016-12-11 astro-ph.CO
Non-parametric foreground subtraction for 21cm epoch of reionization experiments
从再电离时代（EoR）的红移21厘米发射检测的一个障碍是前景的存在，超过宇宙学信号的强度的数量级。我们认为，在原则上，它会更好地适应前景非参数化-允许数据来确定它们的形状-而不是选择一些功能形式提前，然后拟合其参数。然而，非参数拟合经常遭受其他问题。我们讨论这些之前，提出了一个非参数的方法，WP平滑，这似乎可以避免其中的一些。在概述了Wp平滑的原理之后，我们描述了一种实现Wp平滑的算法，然后将Wp平滑应用于LOFAR EoR实验的合成数据立方体。WP平滑的性能，测量的程度，它是能够恢复的宇宙信号的方差，它避免了从前景的功率泄漏，进行比较的参数拟合，和另一个非参数的方法（平滑样条）。我们发现，WP平滑是优于平滑样条为我们的应用程序，是有竞争力的参数化的方法，即使在后一种情况下，我们可以选择的函数形式的拟合与模拟前景的提前知识。最后，我们讨论了拟合的质量如何受到频率分辨率和范围，宇宙信号的特性和边缘效应的影响。
2009-06-15 astro-ph.CO
CMBFSCNN: Cosmic Microwave Background Polarization Foreground Subtraction with Convolutional Neural Network
本研究拓展CMBFSCNN机器学习方法，纳入CMB透镜效应，结合半分图互相关技术降噪，在CMB-S4、LiteBIRD模拟数据中精确恢复CMB极化功率谱，并讨论方法对前景模型的依赖性。
2024-06-25 astro-ph.CO
Demonstration of hybrid foreground removal on CHIME data
针对21厘米宇宙学实验中望远镜系统误差导致的前景难分离问题，将HyFoReS技术应用于CHIME数据，通过高低延迟数据互相关估计并减除前景残差，可提升信号信噪比，助力大尺度模式恢复。
2024-08-16 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Subtraction of Bright Point Sources from Synthesis Images of the Epoch of Reionization
与河外活动星系核和射电星系相关的亮点源是低频射电实验的重要前景，这些实验旨在探测再电离时期中性氢的红移21厘米发射。合成波束的频率依赖性意味着这些源的旁瓣将作为观察频率的函数在视场上移动，因此使视线前景减法技术受挫。我们描述了一种方法，用于减去这些点源从脏地图所产生的仪器，如MWA。该技术结合了匹配滤波器与迭代质心方案，在漫射背景下定位和表征点源。模拟结果表明，该技术可使EOR图的动态范围提高2-3个数量级。
2010-07-14 astro-ph.CO
Wavelet Flow For Extragalactic Foreground Simulations
Stanford University Department of Physics（斯坦福大学物理系）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Kavli Institute for Particle Astrophysics（粒子天体物理研究所）
本文提出用小波流模型联合建模CMB透镜会聚κ和宇宙红外背景的场级概率分布，实现高精度统计模拟，并通过多尺度独立微调优化不同分辨率下的性能。
2025-08-15 astro-ph.CO cs.LG
Systematic Effects of Foreground Removal in 21cm Surveys of Reionization
众所周知，在21 cm勘测中的前景减法去除大尺度功率。我们调查相关的系统性偏差。我们表明，消除大尺度上的视线波动混叠到抑制的3D功率谱在很宽的尺度范围。这种偏差可以通过在1D功率谱中对小k进行边缘化来消除;然而，无偏估计量将具有明显更大的方差。我们还表明，高斯实现的功率谱允许准确和非常快速的蒙特卡罗模拟误差分析，完全非高斯场的重复实现是不必要的。我们进行蒙特卡罗最大似然模拟前景去除产生无偏，最小方差估计的功率谱与Fisher矩阵估计。前景去除也扭曲了21厘米PDF，降低了中性和电离区域之间的对比度。我们表明，这是减法的大尺度模式，这是负责这种失真，它是不太严重的再电离的早期阶段。它可以通过使用更大的带宽来减少前景去除。在再电离的后期阶段，最大的电离区域（仅由前景发射组成）提供了可能允许恢复大尺度模式的校准点。最后，我们还表明：（i）宽频率响应的同步辐射和自由-自由发射将涂抹出的电子动量分布的任何功能，并确保光谱平滑的前景;（ii）河外射电复合线应该是可以忽略的前景。
2011-03-16 astro-ph.CO
The Impact of Foregrounds on Redshift Space Distortion Measurements With the Highly-Redshifted 21 cm Line
中性氢的21厘米高红移线已被认为是宇宙学的独特探针，从相对较低的红移（z ~ 1）一直到再电离期（z ~ 8）甚至更远。到目前为止，大多数工作集中在恢复球平均功率谱的21厘米的信号，因为这种方法最大化的信号噪声在初始测量。然而，像星系巡天一样，21厘米的信号受到红移空间畸变的影响，并且在视线和横向方向之间具有固有的各向异性。对这种各向异性的测量可以产生独特的宇宙学信息，甚至可能将物质功率谱与天体物理效应隔离开来。然而，在干涉测量中，前景在视线方向和横向方向之间也具有各向异性的足迹：所谓的前景“楔形”。虽然前景减法技术正在积极发展，“前景避免”的方法，简单地忽略污染模式可以说是最成功的日期。在这项工作中，我们分析了这种前景各向异性的影响，在恢复的红移空间失真签名在21厘米测量在高和中等的红移。我们发现，即使是最大的EoR实验（HERA和SKA）的前景楔损坏几乎所有的红移空间信号，使宇宙学信息无法恢复，没有前景减法。这种情况在较低的红移下有所改善，从观测坐标到宇宙学坐标的红移依赖映射显着减小了楔形的大小。仅使用前景回避，我们发现，像CHIME这样的大型实验可以对宇宙学参数施加非平凡的约束。
2014-12-17 astro-ph.CO
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
Generative Models of 21cm EoR Lightcones with 3D Scattering Transforms
Laboratoire de Physique de l’ENS, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Universitée Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）；LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Université（巴黎天文台天体物理学与分子化学研究实验室）；Department of Physics, Blackett Laboratory, Imperial College London（伦敦帝国理工学院黑特物理实验室）
本文提出利用三维散射变换生成21厘米EoR光锥的生成模型，通过最大熵模型合成并验证光锥数据，以提高组件分离的准确性。
2025-06-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
All Sky Modelling Requirements for Bayesian 21 cm Power Spectrum Estimation with BayesEoR
我们提出了一个全面的基于仿真的研究BayesEoR代码的21厘米功率谱恢复时，分析边缘化的前景参数。为了解释21 cm信号和污染前景发射之间的协方差，BayesEoR在贝叶斯框架内联合构建了两种信号的模型。由于计算的限制，使用图像域中的受限视场（FoV）来构造正演模型。当唯一的EoR污染物是噪声和前景，我们证明了贝叶斯EoR可以准确地恢复21厘米的功率谱时，天空发射的组件外，这个前向建模的区域被降权的光束之间的前景和21厘米的信号的动态范围的水平。然而，当所有的天空前景发射包括与一个现实的仪器初级波束与旁瓣高于这个阈值延伸到地平线，恢复的功率谱被污染的限制FoV模型之外的未建模的天空发射。扩展组合的宇宙学和前景模型以覆盖整个天空在计算上是禁止的。为了解决这个问题，我们提出了一个修改版本的贝叶斯EoR，允许一个全天空的前景模型，而建模的21厘米信号仍然只在望远镜的主视场。通过这种修改，在相当大的计算集群上运行全天空贝叶斯EoR分析将是可行的。我们还讨论了几个未来的方向，以进一步减少需要模型的全天空前景，包括宽视场前景减法，图像域的可能性，利用锥形功能，和仪器初级光束设计。
2023-02-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimising MWA EoR data processing for improved 21 cm power spectrum measurements -- fine-tuning ionospheric corrections
在宇宙的第一个十亿年期间，中性氢发出的红移宇宙学21厘米信号相对于其他银河系和河外射电辐射要微弱得多，这对信号的探测构成了巨大的挑战。因此，精确的仪器校准是Murchison宽场阵列（MWA）等无线电干涉仪成功的重要先决条件，其目标是21厘米的检测。在过去的几年里，新的校准技术，目标是EoR科学的功率谱范例已被积极研究，并在可能的情况下实施。利用最近获得的MWA计算资源，我们测试了MWA EoR项目可用的最先进校准技术的全部功能，重点关注方向相关和方向无关校准。具体来说，我们调查的改进，可以在天空建模，电离层校正，紧凑的源前景减法应用在混合前景缓解方法（一个结合前景减法和避免）的重要校准阶段。此外，我们调查的电离层校正方法，使用内插电离层相位屏幕和评估其性能在功率谱空间。总体而言，我们确定了一种改进的RTS校准配置，该配置在$0.1 \; \text{hMpc}^{-1}$尺度上导致EoR窗口功率污染至少降低2倍。这一改进标志着朝着使用微波局和即将到来的SKA低望远镜探测21厘米信号又迈进了一步。
2022-07-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detecting the non-Gaussianity of the 21-cm signal during reionisation with the Wavelet Scattering Transform
探测星系际介质中中性氢的21厘米超精细跃迁是我们了解驱动再电离时代（EoR）的天体物理过程的最佳探测器。用于检测该21 cm信号的主要手段是通过使用21 cm功率谱（PS）的空间波动的统计测量。然而，21-cm信号是非高斯的，这意味着仅测量高斯波动的PS对于表征所有可用信息而言是次优的。即将到来的平方公里阵列（SKA）将在100度$.^{2}$上进行1000小时的深度观测，专门用于恢复21厘米信号的直接图像。在这项工作中，我们使用小波散射变换（WST）直接从这些二维图像的21厘米信号提取非高斯信息。WST的主要优点是其相对于用于测量非高斯信息的统计噪声的稳定性，不像统计噪声发散的双谱。我们介绍了一种新的方法，以隔离这种非高斯信息从模拟21厘米图像，并证明其检测在150（177）MHz（$z\sim8.5$和$\sim7$）的基准模型与$\sim$ 5~（8）假设完美的前景消除和$\sim2$ ~（3）假设前景楔回避信噪比。
2022-07-19 astro-ph.CO
Wavelet-Based Techniques for the Gamma-Ray Sky
我们演示了如何小波分解的图像分析技术可以应用到伽玛射线天空分离发射在不同的角度尺度。新结构的尺度，不同于传统的天体物理学的前景和背景的不确定性的尺度可以鲁棒地提取，允许一个模型无关的表征，没有确切的信号形态的假设。作为一个测试案例，我们生成模拟伽马射线数据，以证明我们的能力，提取扩展的信号，而无需假设一个固定的空间模板。对于一些点源光度函数，我们的技术还允许我们区分伽马射线中的漫射信号，从暗物质湮灭和扩展的伽马射线点源种群的数据驱动的方式。
2015-11-30 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
The impact of point source subtraction residuals on 21 cm Epoch of Reionization estimation
前景源的精确相减是探测和估计再电离时期（EoR）21 cm HI信号的关键。我们量化了由于测量数据集的限制而导致的不完美的点源减法如何在数据集中产生结构化的残差信号。我们使用的克拉美-拉奥下限，作为一个度量，用于量化的精度与参数可以被测量，以估计由于不完美的点源减法在可见性数据集中的残留信号。然后，我们传播这些残差到两个指标的兴趣为21厘米EoR实验-角和二维功率谱-使用全解析协变推导，解析变推导，和协变蒙特卡罗模拟的组合。这种方法与以前的工作有两个不同之处：（1）它使用信息论来设置点源位置误差，而不是假设全局均方根误差，以及（2）它描述了一种用于解析传播误差的方法，从而获得功率谱的完整相关结构。该方法适用于两个即将到来的低频仪器：默奇森宽场阵列和精密阵列探测时代的再电离。除了实际的天线配置，我们适用于最小冗余和最大冗余配置的方法。我们发现，剥离源1 Jy以上，残留信号的幅度，其方差，将小于从热噪声的贡献，为即将到来的EoR实验提出的观测参数，和最佳减法的亮点源将不会是一个限制因素EoR参数估计。然后，我们使用的形式主义，提供一个从头分析推导激励的“楔形”功能的二维功率谱，补充文献中以前的讨论。
2012-08-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Spin-SILC: CMB polarisation component separation with spin wavelets
我们提出了自旋SILC，一种新的前景成分分离方法，准确地提取宇宙微波背景（CMB）偏振$E$和$B$模式从原始多频斯托克斯$Q$和$U$测量微波天空。自旋SILC是一种内部线性组合方法，其使用自旋小波来分析自旋2极化信号$P = Q + iU$。小波另外是方向性的（非轴对称的）。这允许分离不同形态的信号，因此使用附加的信息域来定位清洁算法。自旋小波优于标准标量小波的优点是同时且自洽地探测偏振信号$P = Q + iU$和基础$E$和$B$模式中的尺度和方向，因此首次提供了同时执行分量分离和$E$ - $B$分解的能力。我们测试自旋SILC的全任务普朗克模拟和数据，并显示正确地恢复基本的宇宙学$E$和$B$模式的能力。我们还证明了我们的CMB地图与现有的组件分离方法的一致性。自旋SILC可以结合伪和纯$E$ - $B$自旋小波估计在一个配套文件中提出的可靠地提取宇宙学信号的存在下，复杂的天空切割和噪声。因此，它将提供一种计算效率高的方法，以准确地提取CMB $E$和$B$模式，用于未来的偏振实验。
2016-08-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Assessing the Impact of Unequal Noises and Foreground Modeling on SGWB Reconstruction with LISA
本研究针对利用LISA搜寻宇宙学起源SGWB的现实干扰问题，更新SGWBinner代码纳入臂间可变噪声与复杂前景谱形，发现噪声适度变化影响小、前景建模不佳会显著劣化重建，还集成JAX提升了计算效率。
2025-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
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
Exploring the evolution of Reionisation using a wavelet transform and the light cone effect
在宇宙黎明和再电离时期，坍缩的结构产生第一个电离光子，并继续使星系际介质再电离，在红移（z~30-6）和时间（t_{age} ~ 0.1-1.0~Gyr）上跨越很大的范围。使用来自中性氢的红移21 cm发射线对这些时期的探索目前限于统计检测和估计度量（例如，功率谱）。亮度温度波动的视线（LOS）的尺寸探测通过观察在不同的频率的发射线，和它们的结构被用来作为宇宙学信号和污染前景河外和银河系连续辐射之间的主要判别。在观测带宽上的信号的演变导致“线锥效应”，由此在观测频带的开始和结束处的HI结构在统计上不一致，产生对信号功率的有偏估计，以及信号可检测性的潜在降低。我们将小波变换应用于宽带无线电干涉测量实验，以探测信号的局部统计特性。我们表明，使用小波变换产生估计与改进的估计性能，与标准的傅立叶变换在一个固定的带宽。对于当前和未来的大带宽再电离实验套件，例如平方公里阵列的300 MHz瞬时带宽，保留本地信息的变换将是重要的。
2016-05-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Bright Source Subtraction Requirements For Redshifted 21 cm Measurements
\hi 21 cm跃迁线有望成为宇宙暗时代和再电离时代的重要探测器。前景源去除是检测这种信号的主要挑战之一。本文研究河外点源污染和如何准确明亮的来源（$\gtrsim 1$ ~Jy）必须被删除，以检测21厘米的发射与即将到来的射电望远镜，如默奇森宽场阵列（MWA）。我们认为在21厘米的地图和功率谱的残留污染，由于在天空模型中的位置误差的明亮的来源，以及频率无关的校准误差。我们发现，0.1角秒的源位置精度将足以检测的\hi功率谱。对于校准误差，需要天线增益幅度的0.05%精度，以便检测宇宙信号。两个减法误差源都产生了在二维功率谱中局部化到小角度尺度的残差，即$\kperp \gtrsim 0.05 $ Mpc $^{-1}$。
2010-05-21 astro-ph.CO
The Scale of the Problem : Recovering Images of Reionization with GMCA
如果我们要深入了解一个未探索的宇宙学时代，从再电离时代的红移21厘米发射数据中准确和精确地去除21厘米前景是必不可少的。我们应用非参数技术，广义形态成分分析或GMCA，模拟LOFAR-EoR数据，并表明它有能力清理前景，具有高精度。我们在令人印象深刻的频率和尺度范围内以高精度恢复了21 cm的1D，2D和3D功率谱。我们发现，GMCA保留了21厘米的相位信息，特别是当最小的空间尺度数据被丢弃。虽然它已被证明，LOFAR-EoR图像恢复理论上是可能的，使用图像平滑，我们补充说，小波分解是一种有效的方式恢复21厘米的信号映射到相同或更高的精度与更大的灵活性。通过将GMCA输出残差图（等于噪声、21 cm信号和任何前景拟合误差）与一个频率下的21 cm图进行比较，并丢弃较小的小波尺度信息，我们发现相关系数为0.689，而等效平滑图像的相关系数为0.588。仅考虑中央50%的地图，这些系数分别提高到0.905和0.605，我们得出结论，小波分解是一个更强大的方法去噪重建21厘米的地图比平滑。
2013-01-10 astro-ph.CO
Modeling Foreground Spatial Variations in 21 cm Gaussian Process Component Separation
本文针对21 cm成分分离中前景空间变化问题，提出不合并模型和分层高斯过程模型，在模拟HI强度映射观测上验证了考虑核参数空间变化可显著提升宇宙学信号恢复精度与鲁棒性。
2025-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Influence of sources with a spectral peak in the detection of Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
该研究针对具有谱峰的射电源可能破坏低频光谱平滑性、影响宇宙黎明与再电离时期信号探测的问题，通过交叉匹配星表识别出4423个谱峰源，经模拟验证其对信号提取的影响可忽略。
2024-01-31 astro-ph.CO
Significant foreground unrelated non-acoustic anisotropy on the one degree scale in WMAP 5-year observations
WMAP观测到的宇宙微波背景辐射（CMB）的光谱变化是利用前景简化的WMAP 5数据进行测试的，方法是在V和W两个宇宙学波段之间以1 $^\circ$角分辨率产生减法图，用于避开银盘的遮蔽天空区域。所得到的$V-W$图显示了在WMAP 5像素噪声之上的非声学信号，具有两个主要特性。首先，它在$\approx$ 1 $μK$水平上具有四极功率，这可以归因于前景残差。其次，它也在$\ell >$ 2的所有值下波动，特别是在$1^\circ$量表（$200 \lesssim \ell \lesssim 300$）上。在零温度附近，其行为是{ \it随机和对称}的，均方根误差（r.m.s.）振幅为$\approx$ 7 $μK$，或最大CMB各向异性的10%，如果这是前景成分存在的结果，则需要前景成分之间的“宇宙阴谋”。如果主张“精确宇宙学”，这两种反常现象都必须得到适当的诊断和纠正。然而，第二个异常更有趣，因为它开启了CMB各向异性是否真的代表原始密度种子的问题。
2009-11-23 astro-ph.CO
Subtracting compact binary foregrounds utilizing anisotropic statistic for third-generation gravitational-wave detectors
The University of Tokyo（东京大学）；Hiroshima University（广岛大学）
本文提出利用各向异性统计量去除紧凑二体前景，通过模拟BNS种群并计算角功率谱和shot噪声，验证了将未解析前景近似为各向同性成分的可行性。
2025-12-11 astro-ph.CO gr-qc
Empirical Covariance Modeling for 21 cm Power Spectrum Estimation: A Method Demonstration and New Limits from Early Murchison Widefield Array 128-Tile Data
从明亮的天体物理前景中分离微弱的宇宙学背景信号仍然是用红移21厘米中性氢线绘制高红移星系际介质的最艰巨的挑战之一。漫源和点源前景的映射和建模的进步提高了减影精度，但没有减影方案是完美的。精确地量化由于误减的前景导致的误差和误差相关性允许对21 cm功率谱进行严格分析，并允许将“EoR窗口”与前景污染最大隔离。我们提出了一种方法来推断从数据本身的前景残差的协方差，在先验建模与以前的尝试。我们证明了我们的方法，通过设置功率谱的限制，使用3小时的集成从128瓦默奇森宽场阵列。在167 ~ 198 MHz之间进行观测，我们发现在95%的置信度下，在同动尺度k = 0.18 hMpc^-1和z = 6.8时，Δ ^2（k）的最佳极限值为< 3.7 x 10^4 mK^2，这与现有的极限值一致。
2015-06-02 astro-ph.CO
Foreground and sensitivity analysis for broad band (2D) 21cm--Ly-alpha and 21cm--H-alpha correlation experiments probing the Epoch of Reionization
探测到21厘米与再电离时期（EOR）的Ly-alpha或H-alpha之间的预测关系将是对第一个星系的有力探测。虽然3D强度图在低k_ \parallel模式下隔离前景，但红外测量还不能与无线电强度图实验的视场和红移分辨率相匹配。相反，2D（即，宽带）红外强度图可以用当前的实验来测量，并且受到前景而不是光子或热噪声的限制。我们发现，二维实验可以测量k<0.2 Mpc^-1时的大部分三维涨落功率，同时保持其相关性。然而，我们发现前景带来了两个挑战：（1）简单的几何效应产生射电和红外通量之间的相关性，即使它们的光度是不相关的;（2）射电和红外前景残差贡献样本方差噪声的交叉频谱。第一个挑战需要更好的前景掩蔽和减法，而第二个挑战需要大视场来平均不相关的无线电和红外功率。利用默奇森宽场天线阵的射电观测和小行星陆地撞击最后警报系统的近红外观测，我们将z \sim 7处21 cm-Ly-alpha交叉功率谱的剩余前景上限设定为Δ^2<181 kJy/sr * mK（95\%），\ell \sim 800。我们预测了未来实验中前景相关性和样本方差噪声的水平，表明更高分辨率的调查，如LOFAR，SKA-LOW和暗能量调查可以开始探测21 cm-LyαEOR交叉光谱的模型。
2017-11-02 astro-ph.CO
Least response method to separate CMB spectral distortions from foregrounds
提出最小响应法（LRM）用于CMB谱畸变提取，该方法在保持信号恒定响应的同时最小化对前景和噪声的响应，优于传统内部线性组合法，并可通过迭代分离前景提升精度。
2024-02-15 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
The effect of the linear term on the wavelet estimator of primordial non-Gaussianity
在这项工作中，我们提出了约束不同形状的原始非高斯性使用威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）7年的数据和球形墨西哥帽小波fnl估计，包括线性项校正。特别是，我们专注于本地，等边和正交形状。我们首先分析了小波估计的主要统计性质，并给出了达到最优的条件。我们在估计量中包括线性项校正，并将估计值与仅使用立方项的已公布值进行比较。估计器进行了测试与现实的WMAP模拟与各向异性噪声和WMAP KQ 75天空切割。包括线性项校正表明，对于所考虑的任何形状，误差条的改善可以忽略不计（<1%）。这种分析的结果表明，在小波估计的特定情况下，WMAP各向异性水平的最优性基本上是实现与平均减法，并在实际中，没有必要包括一个线性项，一旦平均值已被减去。我们现在最好的估计是：局部fnl = 39.0 +/ 21.4，等边fnl = -62.8 +/- 154.0，正交fnl = -159.8 +/- 115.1（所有病例的CL均为68%）。我们还计算了预期的线性项校正模拟普朗克地图与各向异性噪声在143 GHz以下的普朗克天空模型，包括一个面具。在这种情况下，地方民族解放力量误差线的改善也微不足道（0.4%）。
2012-07-29 astro-ph.CO
A high-resolution self-consistent whole sky foreground model
中性氢的21厘米谱线可能是一个非常强大的可观测宇宙的探测器，许多正在进行的实验正在试图在宇宙学距离上探测它。然而，强前景辐射的存在，如银河系同步辐射，银河系自由-自由辐射和河外射电源，使它成为一个非常具有挑战性的任务。在21cm实验设计和数据分析中，模拟是必不可少的工具，需要良好的天空前景模型。利用现有的数据，只能得到低角分辨率的全天空图或有限的天空图，这在这些新的21厘米实验的模拟中是不够的。在本文中，我们提出了一种方法，建立一个高分辨率的自洽天空模型在低频，其中包括扩散前景和点源。我们的漫反射图是通过生成包括银河系同步辐射和银河系自由-自由辐射的物理前景分量来构建的。点源样本是使用来自NRAO VLA巡天（NVSS）和悉尼大学莫隆格洛巡天（SUMSS）的实际数据生成的，在这些数据中，它们是可用的，并且在通量极限中是完整的，并且根据统计分布模拟点源。通过从漫射图中去除点源的积分通量，使整个模型自洽，从而使这部分辐射不会重复计数。我们表明，与点源添加，一个显着的角功率引入模拟天空地图，这可能是重要的前景减法模拟。我们的天空图和点源目录可供下载。
2018-12-25 astro-ph.CO
Framework for performance forecasting and optimization of CMB B-mode observations in presence of astrophysical foregrounds
提出了一种用于未来宇宙微波背景（CMB）实验性能预测和优化的形式化方法。我们实现它的背景下，几乎全天空，多频，B模式偏振观测，将统计不确定性，由于CMB天空统计，仪器噪声，以及前景信号的存在。我们使用参数极大似然技术和优化仪器配置与预定义的或任意的观测频率通道，约束探测器的总数或焦平面面积的减法模型的影响。我们展示了拟议的形式主义，将其应用到两种情况下的实验设置的基础上的CMBpol和COrE任务的概念，作为专用的B-模式实验。我们发现，如果在优化时可用的前景模型足够精确，则该过程可以帮助将实验的潜在科学结果提高几倍，同时允许避免过度的硬件复杂性，或者简化仪器设计而不影响其科学目标。然而，我们的分析也表明，即使可用的前景模型被认为是不够可靠的，所提出的程序可以指导设计更强大的实验设置。虽然这些设置更适合于应对比模型所预见的前景更复杂的前景，但如果模型被发现是正确的，这些设置可以确保科学结果接近最佳可实现的结果。
2011-09-08 astro-ph.CO
Detecting ionized bubbles around luminous sources during the reionization era using HI 21-cm signal
本文探讨了利用uGMRT和SKA1-Low的红移21厘米观测，通过匹配滤波技术探测再电离时期明亮源周围的电离气泡，并验证了其对气泡半径和中性氢分数的测量与约束能力。
2024-12-23 astro-ph.CO
Spectral Variations of the Sky: Constraints on Alternate Universes
复制我们今天的宇宙所需的参数微调表明，我们的宇宙可能只是一个永远膨胀的超级区域中的一个区域。在我们可观测的宇宙之外，还存在着许多其他区域，每个区域都由一组不同的物理参数控制。这些区域之间的碰撞，如果发生的话，应该会在宇宙微波背景（CMB）中留下各向异性的特征，但还没有被看到。我们分析了从普朗克数据集构建的100和545 GHz之间的掩蔽，前景清洁的地图的光谱特性。与CMB冷点相关的四个不同的$\sim2-4\arcdeg$区域显示出非常强的143 GHz发射，但在100或217 GHz没有相应的强发射。该143 GHz残余发射的信噪比处于$\gtrsim$ 6 $σ$水平，其在减去剩余的同步加速器/自由前景之后降低到$3.2-5.4σ$。我们评估了这种残余排放的不同机制，并得出结论，虽然有30%的概率，噪声波动可能会导致前景落在3 $σ$的过量，有不到0.5%的概率，前景可以解释所有的过量。一个合理的解释是，我们的宇宙与另一个重子光子比比我们大$\sim$ 4500倍的宇宙的碰撞，可能会在复合时期产生增强的氢帕邢系列发射。未来的光谱测绘和更深入的观测，在100和217千兆赫需要减轻系统所产生的未知的银河前景，并确认这一不寻常的假设。
2015-12-01 astro-ph.CO
