Radiation Effects on Scientific CMOS Detectors for X-ray Astronomy: II. Total Ionizing Dose Irradiation
研究了X射线CMOS探测器在空间环境中的总电离剂量效应，发现辐照后暗电流和噪声增加，但性能无显著退化。
2024-03-23 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Design and test results of scientific X-ray CMOS cameras
近年来，科学CMOS（sCMOS）传感器越来越多地应用于X射线探测，包括X射线天文观测。为了检验sCMOS传感器的性能，我们开发了基于sCMOS传感器的X射线相机。CNX 22和CNX 66两款相机已经开发出来，分别采用了感光面积为2 cm * 2 cm和6 cm * 6 cm的sCMOS传感器。本文介绍了摄像机的设计。CNX 22相机的帧速率为48 fps，而CNX 66目前的帧速率为20 fps，未来可以提高到100 fps。采用珀耳帖致冷器件，CNX 22和CNX 66的工作温度分别可达-20 ℃和-30 ℃。除了常用的保存原始图像的模式外，相机还提供了实时提取X射线事件并存储其信息的模式，这大大降低了对数据存储和离线分析工作的要求。对于这两种相机，使用单像素事件，在5.9 keV下的能量分辨率可以达到小于200 eV。这些相机适用于实验室中的X射线光谱应用和空间X射线望远镜的校准。
2022-09-27 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
FRAM Next Generation at the Pierre Auger Observatory: cloud monitoring in the age of CMOS cameras
本文提出面向皮埃尔·奥格观测站荧光探测器视场的新一代FRAM设备，利用CMOS相机亚秒级读出和短曝光技术实现快速高分辨率云监测，并能评估云光学厚度、气溶胶消光及天空亮度，同时需解决大数据量的实时处理问题。
2025-05-04 astro-ph.IM
A novel technique to characterize the spatial intra-pixel sensitivity variations in a CMOS image sensor
为了了解科学成像能力，必须表征CMOS图像传感器的像素内灵敏度变化（IPSV）。提取IPSV图有助于改进检测器校准，其允许消除系统的空间响应中的一些不确定性。本文报道了一种像素间距为6 μm的前照式CMOS图像传感器亚像素灵敏度变化的测量和二维IPSV图的提取。我们的光学测量装置使用显微镜物镜将准直光束聚焦到成像表面上。在光栅中在单个像素及其直接相邻像素上扫描斑点，以便探测其在选定（子像素）位置处的响应。在这项工作中，我们介绍了一种新的技术来提取IPSV地图拟合（正演建模）的测量数据的图像，在一个单一的像素，允许空间变化的灵敏度生成的数学模型。
2018-01-10 astro-ph.IM
On-sky performance and prospects of near-infrared CMOS detectors in exoplanet detection: first year of SPIRIT
Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)（加那利群岛天体物理研究所）；Astrobiology Research Unit, Université de Liège（列日大学天体生物学研究单元）；Department of Earth, Atmospheric and Planetary Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院地球、大气与行星科学系）；School of Physics & Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）
本文报道了SPECULOOS项目中SPIRIT红外CMOS探测器首年的实测性能，验证其可实现千分之一以下测光精度，为冷恒星系外行星探测提供了高性价比的技术方案，具有良好应用前景。
2026-10-15 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Investigating the image lag of a scientific CMOS sensor in X-ray detection
近年来，科学CMOS（sCMOS）传感器得到了大力发展，并在几个方面胜过CCD：更高的读出帧速率，更高的辐射耐受性和更高的工作温度。对于硅图像传感器，当事件的电荷没有完全转移到像素内部时，将发生图像滞后。它会降低光学成像的图像质量，并降低X射线光谱的能量分辨率。在这项工作中，图像滞后的sCMOS传感器进行了研究。为了测量弱光照明下的图像滞后，提出了一种从X射线光子中提取图像滞后的新方法。测量了定制的X射线sCMOS传感器GSENSE 1516 BSI的图像延迟，并评估了其对X射线性能的影响。结果表明，该传感器的图像滞后仅存在于紧接着的帧中，并且在不同的入射光子能量和不同的实验条件下，图像滞后始终小于0.05%。剩余电荷小于0.5e-，最高入射光子电荷约为8 ke-.与大约3 e-的读出噪声水平相比，该传感器的图像滞后太小，不会对成像质量和能量分辨率产生显著影响。图像滞后与入射光子能量呈正相关，与温度呈负相关。然而，它不依赖于增益设置和积分时间。这些关系可以用像素内部的非理想电势结构来定性地解释。该方法也适用于其他类型成像传感器的像差研究。
2023-03-15 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Radiation effects on scientific CMOS sensors for X-ray astronomy: I. proton irradiation
本文通过50 MeV质子辐照实验研究两款科学CMOS传感器在X射线天文学应用中的辐射耐受性，发现低温下性能稳定、暗电流虽大幅增加但可通过缩短积分时间和像素掩蔽缓解，证明其适用于未来X射线天文任务。
2023-12-04 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Measuring Intra-pixel Sensitivity Variations of a CMOS Image Sensor
科学成像中的一些应用，如天基高精度测光，受益于像素内灵敏度变化的详细表征。像素内灵敏度（IPS）的详细映射允许通过校正图像传感器在积分期间的微小子像素移动的影响来提高光度精度。本文报道了像素间距为6 \boldmath $μm$的前照式CMOS图像传感器亚像素灵敏度变化的测量和IPS图的提取。我们的光学测量装置使用显微镜物镜将准直光束聚焦到成像表面上。在光栅中在单个像素上扫描光斑，以探测每个（子像素）扫描位置处的像素响应。我们在ZEMAX中对光学设置进行建模，以交叉验证Airy衍射图案所描述的光斑轮廓。在这项工作中，我们引入了一个正演模拟技术来推导IPS的变化。我们建立了光点扫描系统的模型，并对CMOS像素响应进行了离散化。将该模型拟合到测量数据使我们能够量化单个像素内的空间灵敏度变化。最后，我们比较我们的结果从更常用的维纳反卷积。
2018-05-04 astro-ph.IM
Improving the X-ray energy resolution of a scientific CMOS detector by pixel-level gain correction
科学互补金属氧化物半导体（sCMOS）传感器在天文观测中的应用越来越多，这要归功于它们相对于电荷耦合器件（CCD）的优势，例如更高的读出帧速率，更高的辐射耐受性和更高的工作温度。在这项工作中，我们调查的大格式sCMOS传感器，GSENSE 1516BSI，它有4096 * 4096像素，每个15 μm的大小在单个像素级的性能。为了实现这一点，选择sCMOS传感器上的三个区域进行实验，每个区域由99 * 99像素组成。这些区域中的各个像素的读出噪声、转换增益和能量分辨率是从通过长时间曝光为每个像素积累的大量（超过25，000个）X射线事件测量的。这些像素的能量分辨率可以达到140 eV，在6.4 keV，在室温下，并显示出显着的读出噪声的正相关性。精确的增益也可以针对每个像素从其获得的X射线谱单独导出。在所研究的区域中的3万个像素中，在统计上发现增益值的变化在0.56%的水平。通过精确地确定每个像素的增益，与传统方法中使用的标准化总体增益相比，在这些区域中逐像素地执行精确的增益校正。通过这种方式，我们几乎可以完全消除由像素之间的增益变化引起的能量分辨率的退化。其结果是，在室温下的能量分辨率可以显着提高到124.6 eV的4.5 keV和140.7 eV的6.4 keV。这种逐像素增益校正方法适用于各种CMOS传感器，并有望在未来的X射线光谱观测中找到有趣的应用。
2023-03-02 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
The impact of the site quality of the Zadko Observatory on its scientific results
本文研究了Zadko天文台台址质量对科学成果的影响，发现近十年天空质量下降主要归因于天气模式而非光污染，并强调保护天空暗度对小天文台稳定科学回报的重要性。
2024-10-10 astro-ph.IM
Scientific Productivity with X-ray All-Sky Monitors
我们概述了监控X射线源和广角，编码掩模相机的瞬变的科学目标。现在可以在很长的时间间隔内即时查看半边天空，从而获得非常感兴趣的事件。固态探测器可以将明亮光源的数据产品质量提高到与尖端仪器相关的水平。高能天体物理学和广义相对论的定量应用有多种发展途径。
2009-03-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
Protecting the night sky darkness in astronomical observatories: a linear systems approach
人造光排放量的持续增加正在导致世界上大部分地区的夜空逐渐变亮。这一过程对在光学范围内运行的地面天文观测台的科学和教育活动的长期可持续性构成威胁。如果不断增加的光污染水平阻碍了进行这些关键科学基础设施所建立的顶级科学观测的能力，那么在建筑、科学和技术人员、设备和维护方面的巨额投资可能会面临风险。此外，光污染还有其他负面影响，例如生物多样性受到威胁，娱乐、旅游和文化享受的星空消失。传统的光污染缓解方法是基于对单个光源的光度测量施加条件，但法规很少涉及观测站周围区域内所有光源的综合影响。我们建议，这种方法应辅之以自上而下，inmission限制策略，从而明确的限制，以容许恶化的夜空以上的天文台。我们描述的指标，可用于此目的的一般形式，并开发线性模型，其值的人工排放量在整个领土。这种方法可以扩展到考虑其他保护需求，预计将有助于在更广泛的空间规划项目中对公共照明做出明智的决定。
2020-08-25 astro-ph.IM
A Method to Achieve High Dynamic Range in a CMOS Image Sensor Using Interleaved Row Readout
我们提出了一种CMOS图像传感器的读出方案，可以用来实现任意高的动态范围（HDR）的原则。高信号区域中的线性满阱容量（LFWC）通过交错的逐行读出顺序从20 ke $^{-}$扩展到984 ke $^{-}$ 50倍，而噪声基底在低信号区域中保持不变，导致DR增加34 dB。峰值信噪比（PSNR）以连续的方式从43 dB增加到60 dB。这是通过对多次读出的用户选择的行求和来实现的。与标准读出方案相比，当模板拟合投影图案时，质心不确定性降低。由于线性度和PSNR增加，示例应用旨在科学成像。
2022-10-10 astro-ph.IM physics.ins-det
The SKA Mid-frequency All-sky Continuum Survey: Discovering the unexpected and transforming radio-astronomy
我们表明，除了具体的科学目标，有一个强有力的情况下进行全天空（即可见的3 π球面度）SKA连续调查，不适合整齐地进入传统的科学案例。历史表明，大多数主要望远镜的最大科学影响（例如，HST，VLA）超出了用于证明望远镜的原始目标。因此，望远镜的设计除了实现特定的科学目标外，还需要最大限度地提高最终的科学生产力。在这一章中，我们指出，全天连续统巡天可能在两个具体方面实现变革性科学：（1）发现意想不到的东西;（2）将射电天文学从小众转变为主流
2014-12-18 astro-ph.IM
Characterization of Low Light Performance of a CMOS sensor for Ultraviolet Astronomical Applications
CMOS探测器在光学和紫外天文应用中具有许多优于CCD的优势，特别是在需要高辐射耐受性的空间中。然而，天文仪器通常设计用于低亮度观测，要求低暗电流和读取噪声，良好的线性度和高动态范围，这些特性尚未在CMOS成像器中得到广泛证明。我们报告的性能，从140 - 240 K，辐射硬化SRI 4Kx 2K背照式CMOS图像传感器的表面处理，使其在蓝色和紫外波段高度敏感的温度。在抑制发光点的发射后，在这项工作中检查的工程级设备中的缺陷，在160 K时达到0.077 me-/s的暗电流地板，上升到1 me $^-$ /s在184 K，媲美最好的CCD。我们检查读出速度和读取噪声之间的权衡，发现1.43 e $^-$中值读取噪声是使用对应于1.5 s读出时间的700 kpix/s/ch的逐行数字相关双采样实现的。高增益模式下的15 ke $^-$阱容量扩展到双增益模式下的120 ke $^-$。在读出期间持续收集光生电荷使得能够通过组合短曝光和长曝光而在曝光效率仅损失1%的情况下进一步扩展超过$10^6$ e $^-$有效阱容量的动态范围。校正非线性的二次拟合将增益校正残差从1.5%降低到0.2%（低增益模式）和0.4%（高增益模式）。与相邻像素的串扰垂直仅为0.4%，水平为0.6%，对角为0.1%。这些特性加上相对较大的10 $μ$ m像素尺寸、准4面对接能力、电子快门和子阵列读出使该传感器成…
2022-03-29 astro-ph.IM
Simulations and Design of a Single-Photon CMOS Imaging Pixel Using Multiple Non-Destructive Signal Sampling
介绍了一种基于多电荷传输和采样的钉扎光电二极管（PPD）的单光子CMOS图像传感器设计。在所提出的像素架构中，光生信号被非破坏性地采样多次，并且结果被平均。每个信号测量在统计上是独立的，并且通过平均，电子读出噪声被降低到可以可靠地区分单个光子的水平。使用这种方法的像素设计已经在TCAD中进行了模拟，并且已经为180 nm CMOS图像传感器工艺生成了几种布局。使用模拟，像素的噪声性能已被确定为样本的数量，感测节点电容，采样率和晶体管特性的函数。详细讨论了所提出的设计的优点和局限性，包括噪声性能和读出速率之间的权衡和电荷转移效率低下的影响。我们的第一个原型设备的预期性能表明，单光子成像是触手可及的，可以在许多科学和工业成像应用中实现突破性的性能。
2020-04-06 astro-ph.IM physics.ins-det
Maximizing the scientific return of Roman and Rubin with a joint wide-sky observing strategy
本研究提出在LSST广域快速深场覆盖区域开展单波段Roman社区调查，通过结合多波段光学与红外高分辨率观测，提升测光红移、宇宙学参数估计及星系去混合等科学回报，并实现时域与紫外延伸。
2024-02-04 astro-ph.IM
The case for an all-sky millimetre survey at sub-arcminute resolution
本文论证为15米天线建造大型焦平面 KID 相机，以在五年内完成北半球亚角分分辨率、毫央斯基灵敏度毫米波巡测，并阐述其科学目标与实施挑战。
2024-02-01 astro-ph.IM
Automated Real-Time Classification and Decision Making in Massive Data Streams from Synoptic Sky Surveys
科学和技术数据收集的性质正在迅速演变：数据量和速率呈指数级增长，复杂性和信息内容不断增加，从静态数据集过渡到必须进行实时分析的数据流。有趣或异常的现象必须通过有限资产的最佳部署来快速表征和跟进额外的测量。现代天文学在数字天气巡天中以瞬变事件的形式呈现了各种各样的这类现象，包括宇宙爆炸（超新星、伽马射线暴）、相对论现象（黑洞形成、喷流）、潜在危险的小行星等。我们一直在开发一套机器学习工具，用于检测、分类和规划对天文学应用中瞬态事件的响应，使用卡塔利娜实时瞬态调查（CRTS）作为科学和方法的测试平台。对可能最有趣的事件迅速作出反应的能力是一个关键的瓶颈，它限制了当前和预期的天气天空调查的科学回报。类似的挑战出现在其他情况下，从使用传感器网络的环境监测到自主航天器系统。考虑到数据速率的指数级增长和时间紧迫的响应，我们需要一种完全自动化和强大的方法。我们描述了迄今为止所取得的成果，以及未来可能的发展。
2014-07-13 astro-ph.IM
The Scientific Performance of the MoonBurst Energetics All-sky Monitor(MoonBEAM)
MoonBEAM是地月轨道小卫星，通过全天区覆盖和长基线三角测量，提升伽马射线瞬变观测与定位，助力多信使研究及喷流条件探索。
2023-08-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
Hierarchical Progressive Survey (HiPS) format: moving from visualisation to scientific analysis
本文提出一套工具，对HiPS格式天图进行自动孔径测光，验证其精度达百分之几，并发现PACS 100微米图像的系统误差，提出改进建议以推动HiPS格式用于科学分析。
2025-10-10 astro-ph.IM
Scientific performances of the XGIS instrument on-board THESEUS
INAF/IASF-Milano（意大利国家天体物理研究所米兰天文物理研究所）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INAF/OAS-Bologna（意大利国家天体物理研究所博洛尼亚天文台）；INFN, Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼分所）；Università degli Studi di Ferrara（费拉拉大学）
该研究介绍了THESEUS卫星搭载的XGIS仪器的性能，重点分析其灵敏度与源定位精度，通过蒙特卡洛模拟评估其在伽马射线暴领域的预期科学进展。
2026-09-03 astro-ph.IM
Near Ultraviolet Transient Explorer (NUTEx): A CubeSat-Based NUV Imaging Payload for Transient Sky Surveys
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；M.P. Birla Institute of Fundamental Research（M.P.比尔拉基础研究所）；LUNEX EuroMoonMars EuroSpaceHub（LUNEX 欧月火星欧洲航天中心）；Department of Applied Optics and Photonics, University of Calcutta（加尔各答大学应用光学与光子学系）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
NUTEx是一款基于立方星的近紫外成像载荷，用于暂现天空调查，具备宽视场和高灵敏度的观测能力。
2025-12-11 astro-ph.IM
Development of a cosmic ray detector using CMOS sensors embedded in smartphones and Raspberry Pi devices
Research Institute for Engineering, Kanagawa University（神奈川大学工学研究科）；Faculty of Engineering, Kanagawa University（神奈川大学工学部）；College of Industrial Technology, Nihon University（日本大学生产工学部）
提出SORAMAME应用，利用智能手机内置CMOS传感器作为粒子探测器，实现实时记录与可视化，降低观测门槛，并通过飞行验证和树莓派测量证实粒子通量随海拔和纬度的变化与地磁屏蔽一致。
2026-07-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Scientific Goals of the Kunlun Infrared Sky Survey (KISS)
南极高原为进行宇宙红外观测提供了特殊的条件，因为冰面上的大气寒冷、干燥和稳定。本文介绍了第一个利用南极红外线观测时变宇宙的计划--昆仑红外巡天计划（KISS）的科学目标。这将使用一个小型（50厘米孔径）望远镜，从位于南极高原山顶Dome A的中国昆仑站，在2.4微米Kdark窗口中监测南方天空，持续4个月的冬季黑暗。早期的一篇论文讨论了Kdark滤波器的优化，以获得最佳灵敏度（Li等人，2016）。本文探讨了KISS的科学计划。我们计算相机对于将遇到的观测条件的极值的灵敏度。我们提出了抽样调查，然后可以进行一系列的节奏和敏感性的参数。然后，我们讨论了几个科学计划，可以进行与这些能力，涉及恒星形成，褐矮星和热彗星，M矮星周围的系外行星，终端阶段的恒星演化，发现快速瞬变的一部分，多波长运动，嵌入式超新星搜索，混响映射的活动星系核，伽马射线暴和宇宙红外背景的检测。接受PASA出版，2016年4月8日。
2016-08-08 astro-ph.GA astro-ph.IM
The Mini-SiTian Array: Evaluation Camera System
本研究通过实验室测试全面评估了Mini-SiTian项目使用的ZWO ASI6200MM Pro商用CMOS相机的关键性能参数，并提出一种像素级增益和读出噪声计算新方法，证实该相机满足时域巡天需求。
2025-04-02 astro-ph.IM
BlackCAT CubeSat: A Soft X-ray Sky Monitor, Transient Finder, and Burst Detector for High-energy and Multimessenger Astrophysics
在这里，我们提出了一个宽视场成像器的概念设计板载6U级立方体卫星平台的研究伽玛射线暴的即时和余辉发射和探测电磁对应的引力波在软X射线。计划中的仪器配置包括一个X射线混合CMOS探测器（HCD）阵列，选择它们的软X射线响应，灵活和快速的读出速率，和低功耗，这使得这些探测器非常适合检测明亮的瞬变立方体卫星平台。宽视场成像器由2D编码掩模实现。我们将概述仪器设计和拟议飞行任务的科学要求。
2018-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Sky visibility analysis for astrophysical data return maximization in HERMES constellation
HERMES是一项科学任务，由3U纳米卫星组成，专门用于探测和定位高能天体物理瞬变，具有分布式空间结构，在地球轨道上形成星座。空间段装有新型微型探测器，用于探测明亮事件的X射线时间发射，如伽马射线暴和引力波事件的电磁对应物，在未来的多信使天体物理学中发挥着至关重要的作用。在操作过程中，至少有三个仪器，由一个最小的距离分开，应观察天空的一个共同区域，以执行三角测量的观察事件。通过保证星座的有益轨道和指向配置，实现了纳米卫星有效载荷的有效探测。该设计必须应对小型航天系统带来的限制，例如缺乏机载推进力和系统预算减少。本文介绍的方法和建议的战略，以克服任务的局限性，同时实现一个令人满意的星座能见度的天空在整个任务期间。飞行任务设计使用了高保真轨道传播器，并结合了一种创新的飞行任务分析工具，用于估计星座的科学性能。自然相对运动的影响，这是至关重要的，以实现有效的星座布局，没有板载轨道控制，进行了评估。所介绍的方法可以很容易地扩展到任何类型的分布式科学空间应用，以及专门用于地球和行星观测的星座。此外，可见度工具可用于星座飞行动力学操作，根据实际卫星轨道位置产生优化结果和指向计划。
2020-10-12 astro-ph.IM
A science gateway for Exploring the X-ray Transient and variable sky using EGI Federated Cloud
现代软X射线天文台可以对时域天体物理学产生独特的见解，并且大量信息存储在数据档案中，并且大部分未被利用。就像寻宝一样，EXTraS项目收获了迄今为止未被探索的时间域信息，这些信息隐藏在欧空局XMM-牛顿上的欧洲光子成像相机仪器在16年的观测中收集的偶然数据中。所有的结果都已经发布给科学界，同时发布的还有新的软件分析工具。本文介绍了EXTraS科学网关的架构，其目标是通过使用EGI联合云基础设施的基于Web的门户网站向科学界提供软件。主要重点是门户的轻型软件架构和有效使用EGI生态系统的技术见解。
2019-11-15 astro-ph.IM
L-BASS: a project to produce an absolutely calibrated 1.4 GHz sky map, I -- Scientific rationale and system overview
L-BASS项目通过双圆锥喇叭天线和连续比较接收机，在1.4 GHz频段生成绝对校准天图，以改进高分辨率地图温度校准并研究ARCADE 2提出的陡谱射电背景。
2025-05-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimal mitigation of random telegraph noise for improved photometry at high frame rates
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Las Cumbres Observatory（拉斯坎布伦斯天文台）；Schmidt Sciences（施密特科学）
本文研究了如何通过抑制随机电报噪声（RTN）来提高高帧率下的测光精度，分析了三种CMOS图像传感器的RTN水平，并比较了两种抑制策略：像素掩码和新的RTN跳变校正算法，发现算法在特定条件下优于掩码方法。
2026-05-18 astro-ph.IM
Characterization of the Teledyne COSMOS Camera: A Large Format CMOS Image Sensor for Astronomy
本文对用于天文成像的大面阵 CMOS 相机 Teledyne COSMOS-66 进行了全面表征，通过逐像素非线性校正实现了低读出噪声和高精度测光，验证了其具备媲美大面阵 CCD 的性能与更高帧率优势。
2025-01-31 astro-ph.IM
Optimising the K dark filter for the Kunlun Infrared Sky Survey
昆仑红外巡天将是第一次对时变宇宙的红外综合探测。优化这一雄心勃勃的研究计划的科学产量的一个关键特征是测量通带的选择。特别是，调查的目的是最大限度地利用南极高地特有的热和大气条件。通过在所谓的“K_DARK”2.4um窗口内模拟不同滤波器特性的预期信噪比，可以调整滤波器性能，并给出覆盖一系列条件的最佳情况设计。
2016-02-14 astro-ph.IM
Data challenges of time domain astronomy
十多年来，天文学一直处于数据密集型科学技术和方法论发展的最前沿，开展了大型天空调查和虚拟天文台等分布式工作。然而，它面临着新的数据洪流与下一代天气天空调查，这是开放的时间域发现和探索。这既带来了新的科学机遇，也带来了新的挑战，包括机器人望远镜的数据速率和关联数据的指数复杂性，以及用于分类和决策的数据挖掘算法。在本文中，我们描述了如何以信息学为基础的方法，所谓的“第四范式”的科学发现的一部分，正在出现，以处理这些。我们回顾我们的经验与Palomar-Quest和Catalina实时瞬态巡天，特别是，解决与瞬态天文事件（和其他传感器网络）相关的数据的异质性问题，以及如何管理和分析它。
2012-08-13 astro-ph.IM
Seeing-limited imaging sky surveys -- small vs. large telescopes
通常，大型望远镜的建造和运营成本比其收集面积增长得更快。这减缓了科学进步，使得增加望远镜尺寸变得昂贵和复杂。代表成像巡天望远镜能力并捕捉广泛科学目标的一个度量标准是望远镜抓取-单位时间内可探测到标准烛光的空间体积。我们提供了一个解析表达式的把握，也表明，在背景占主导地位的噪声限制，最佳曝光时间是死时间的三倍。我们引入了一个相关的度量，我们称之为信息内容的把握，它总结了单位时间内望远镜观察到的所有源的方差。对于以观测为主的巡天，在抓地力、光学扩展量或收集区域优化方面，最近的技术进步使得建造多个小型望远镜比建造具有类似抓地力或光学扩展量的单个大型望远镜更具成本效益。在这些关键的进步中，有一个是具有小于4微米像素的大尺寸背照式CMOS探测器的可用性，它非常适合在小型快速望远镜的典型焦距下对标准视宁条件进行采样。我们还讨论了可能使用多个小望远镜光谱。我们认为，如果使用多个小型望远镜实现具有成本效益的宽视场成像和多目标光谱仪的所有障碍都被消除，那么建造新的单一大孔径（> 1米）可见光望远镜的动机将被削弱。这些想法导致了目前正在建造的大阵列巡天望远镜（LAST）的概念。
2020-11-09 astro-ph.IM
Real-Time Data Mining of Massive Data Streams from Synoptic Sky Surveys
科学和技术数据收集的性质正在迅速演变：数据量和速率呈指数级增长，复杂性和信息内容不断增加，从静态数据集过渡到必须进行实时分析的数据流。有趣或异常的现象必须通过有限资产的最佳部署来快速表征和跟进额外的测量。现代天文学在数字天气巡天中以瞬变事件的形式呈现了各种各样的这类现象，包括宇宙爆炸（超新星、伽马射线暴）、相对论现象（黑洞形成、喷流）、潜在危险的小行星等。我们一直在开发一套机器学习工具，用于检测、分类和规划对天文学应用中瞬态事件的响应，使用卡塔利娜实时瞬态调查（CRTS）作为科学和方法的测试平台。对可能最有趣的事件迅速作出反应的能力是一个关键的瓶颈，它限制了当前和预期的天气天空调查的科学回报。类似的挑战出现在其他情况下，从使用传感器网络的环境监测到自主航天器系统。考虑到数据速率的指数级增长和时间紧迫的响应，我们需要一种完全自动化和强大的方法。我们描述了迄今为止所取得的成果，以及未来可能的发展。
2016-01-18 astro-ph.IM cs.DB
Validating the Local Volume Mapper acquisition and guiding hardware
本地体积映射器（LVM）项目是斯隆数字巡天五号的三个巡天项目之一，它将使用宽场积分场光谱法绘制南部天空大部分区域的星际气体排放。四个16厘米的望远镜在siderostat配置饲料积分场单位（IFU）。一个可靠的获取和指导（A&G）战略将有助于确保我们实现我们的科学目标。每个望远镜都有用于A&G的商用CMOS相机。在这项工作中，我们提出了我们的验证相机的性能。我们的测试表明，当在理想增益设置和20°C的环境温度下工作时，相机的读出噪声约为5.6e-，暗电流为21 e-/s。为了确保它们在高海拔观测站（如Las Campanas天文台）的性能，我们研究了相机在不同环境压力和不同被动冷却解决方案下的热行为。使用测量的属性，我们计算了指导曝光的亮度极限。在5 s曝光时间下，我们达到了大约16.5 Gaia gmag的深度，信噪比（SNR）>5。使用盖亚早期数据发布3，我们验证了大约25000个测量点中的每个点都有足够的指南星。为了准确采集，我们还需要知道焦平面几何形状。我们提出了一种方法，结合片上天体测量和使用点源显微镜测量的IFU小透镜和单个CMOS像素的相对位置，约2 $μ$ m的精度。
2022-08-09 astro-ph.IM
Automatic detection and characterization of random telegraph noise in sCMOS sensors
Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
本研究提出一种基于暗帧的统计方法，用于自动检测和表征sCMOS传感器中由电荷陷阱引起的随机电报噪声（RTN）像素，以支持后处理降噪和制造质量评估。
2025-11-05 astro-ph.IM
The SRG X-ray orbital observatory, its telescopes and first scientific results
轨道天文台光谱-伦琴-伽马（SRG）配备了掠入射X射线望远镜Mikhail Pavlinsky ART-XC和eROSITA，于2019年7月13日由Roscoplant发射到日地系统的拉格朗日L2点。这次发射是由一枚带有DM-03末级的质子-M火箭从拜科努尔航天发射场进行的。根据俄罗斯航天局和德国航空航天局之间的协议，德国望远镜eROSITA安装在SRG上。2019年12月，SRG开始执行其主要科学任务：扫描天球，以获得几个能量范围内（eROSITA从0.2到8 keV，ART-XC从4到30 keV）的整个天空的X射线图。截至2021年6月中旬，为期6个月的第三次全天空巡天工作已经完成。计划在四年时间里，在每个能量范围内获得八幅独立的整个天空的地图。这些地图的总和将提供高灵敏度，并揭示超过300万个类星体和超过10万个大质量星系团和星系群。八张天图的可用性将使人们能够监测大量河外和银河X射线源的长期变化（每六个月），其中包括数十万颗具有热日冕的恒星。卫星围绕指向太阳的轴旋转四小时，使其能够每半年在一天内跟踪明亮X射线源的快速变化。所选择的扫描天空的策略导致在黄道两极附近形成了深测区。本文介绍了SRG上的望远镜在第一次巡天期间获得的天空图，以及在性能验证计划框架内飞往L2点期间进行的一些深度观测结果。（删节）
2021-12-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
The case for an Astrometric Mission Extension of Euclid. Extending Gaia by 6 magnitudes with Euclid covering one-third of the sky
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)（意大利国家天体物理研究所）
通过欧几里得任务覆盖三分之一天空，将Gaia的观测精度提升6个星等，以获得更精确的恒星视差运动测量。
2025-10-27 astro-ph.IM
The technological and scientific development of ASKAP
在过去几年中，使用全36天线澳大利亚平方公里阵列探路者（ASKAP）进行试点调查的科学成果大幅增加。这一趋势可能会继续下去，全面调查定于今年晚些时候开始。由于采用了新颖的相控阵馈源，每个ASKAP指向覆盖约30平方度，使其成为一个快速的测量机器，提供高分辨率的天空无线电图像。在最近的科学亮点是中性氢的麦哲伦云以及附近的星系群和集群的研究，数以百万计的无线电连续源的目录，奇怪的无线电圈的发现，和本地化的快速射电暴，仅举几例。为了证明ASKAP的调查速度，我们还进行了快速ASKAP连续调查（RACS），以15角秒的分辨率覆盖了10月+41度以南的整个天空。
2022-08-17 astro-ph.GA astro-ph.IM
Scientific simulations and optimization of the XGIS instrument on board THESEUS
XGIS（X和伽马成像光谱仪）是THESEUS任务（欧空局M5，目前处于A阶段）上的三个仪器之一。由于其宽视场和良好的成像能力，它将有效地检测和定位2-150 keV天空中的伽马射线暴和其他瞬变，并提供高达10 MeV的光谱。它目前的设计已经通过科学模拟进行了优化，该模拟基于该仪器的蒙特卡罗模型，并结合了对延伸到高红移的长和短伽马射线暴种群的最新描述。我们描述的优化过程，导致目前的设计XGIS，基于两个相同的单位与部分重叠的视野，并讨论了预期的性能的仪器。
2021-02-17 astro-ph.IM
Hierarchical progressive surveys. Multi-resolution HEALPix data structures for astronomical images, catalogues, and 3-dimensional data cubes
科学地利用不断增加的天文数据量需要有效和实用的数据访问，可视化和分析方法。分层天空镶嵌技术使多分辨率的方法来组织数据的角度尺度从整个天空到个别图像像素。目的。我们的目标是表明，分层渐进式调查（HiPS）计划描述天文图像，源目录，和三维数据立方体是一个实用的解决方案，管理大量的异构数据，它使科学的互操作性跨越这些不同的数据类型的大型数据集的新水平。方法. HiPS使用球体的HEALPix镶嵌来定义分层瓦片和像素结构，以描述和组织天文数据。HiPS旨在保护数据的科学属性，同时考虑可视化并强调易于实施。我们描述了HiPS的发展，以管理大量的不同的图像调查，以及扩展的分层图像系统的立方体和目录数据。我们展示了HiPS和多阶覆盖（MOC）地图的互操作性，并强调了HiPS机制，以提供原始数据的链接。结果不同的数据中心和团体已经为大约200个数据收集生成了分层渐进巡天，包括许多广域巡天和定点观测的档案。这些可以在Aladin、Aladin Lite和其他应用程序中访问和可视化。HiPS为进一步创新使用分层数据结构以促进大型天文数据集的描述和统计分析提供了基础。
2015-05-09 astro-ph.IM
Real Time Classification of Transient Events in Synoptic Sky Surveys
对现代天气巡天中探测到的瞬变事件进行自动、快速分类，对于利用稀缺资源进行科学利用和有效跟踪至关重要。随着下一代的调查，这个问题将以数量级增长。我们正在探索各种新的自动分类技术，主要是贝叶斯，以应对这些挑战，使用正在进行的CRTS天空调查作为测试平台。我们简要介绍了一些使用的方法。
2011-11-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Sky Surveys
巡天是天文学的基本数据基础。我们用它们来系统地描绘宇宙及其组成部分，并发现新类型的物体或现象。我们审查的主题，重点是宽场成像调查，把它们放在一个更广泛的科学和历史背景。测量是天文学中最大的数据生成器，由信息和计算技术的进步推动，并改变了天文学的工作方式。我们描述了调查的种类和一般属性，它们可以被量化和比较的方式，并提供了一些可以用来比较它们的科学发现潜力的品质因数。测量使科学的范围非常广泛;这也许是它们的关键统一特征。由于技术的进步，可观测参数空间的新领域不断开辟，调查往往是探索的第一步。科学可以单独使用调查数据或不同调查的组合，或对潜在有趣的选定来源进行有针对性的后续行动。调查可以用来产生大的，统计样本的对象，可以研究人口，或作为示踪剂的更大的结构。它们还可以用来发现或生成稀有或不寻常物体的样本，并可能导致发现一些以前未知的类型。我们讨论了一个参数空间的一般框架，可用于评估和比较不同的调查，以及他们的科学探索的战略。随着我们进入Petascale制度，有效处理和科学利用这样大的数据集和数据流带来了许多挑战，其中一些挑战可以在虚拟天文台和天文信息学的框架内解决，更广泛地应用数据挖掘和知识发现技术。
2012-06-12 astro-ph.IM physics.data-an
Euclid Space Mission: building the sky survey
欧几里德太空任务计划在6年内用步进凝视技术测量15000平方度的河外天空。观测序列的安排是由主要科学目标、航天器限制、校准要求和天空的物理特性决定的。我们目前的参考实施的欧几里得调查和正在进行的调查优化工作。
2015-01-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Discovery, classification, and scientific exploration of transient events from the Catalina Real-time Transient Survey
对时域--可变和瞬态物体和现象--的探索正迅速成为一个充满活力的研究前沿，基本上涉及天文学和天体物理学的每一个领域，从太阳系到宇宙学。新一代天气巡天的出现使时域天文学成为可能，这种巡天可以重复覆盖天空的大片区域，并产生大量数据流。他们的科学探索带来了许多挑战，主要是由于需要实时发现，分类和跟踪有趣的事件。在这里，我们描述了卡塔利娜实时瞬态调查（CRTS），发现和发布在光波长的瞬态事件实时，从而使整个社区受益。我们描述了一些迄今为止的科学成果，然后专注于瞬态事件的自动分类和优先级排序的挑战。CRTS是未来大型巡天的科学和技术试验平台和先驱，包括大型综合巡天望远镜（LSST）和平方公里阵列（SKA）。
2011-11-01 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Dynamic Range Beyond Bit Depth of a CMOS Image Sensor Using Interleaved Row Readout
University of Hertfordshire（赫特福德大学）；The Open University（开放大学）
提出改进的交错行读出方法，通过频繁读出选定行避免饱和，将传感器动态范围从71 dB提升至134 dB，并在天空观测中成功实现亮星与暗星的同时成像。
2026-06-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Community Challenges in the Era of Petabyte-Scale Sky Surveys
我们概述了行星科学界在下一代大规模天文调查时代所面临的挑战，并强调了必须解决的需求，以便社区从档案，现有和未来的调查中最大限度地提高科学产出的质量和数量，同时满足NASA和NSF的目标。
2020-11-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
An Analysis of the VLASS Proposal
拟议的VLA巡天（VLASS）包括两个不同的S波段（2- 4 GHz）巡天：（1）全天覆盖-40度以北的天空，均方根噪声69微焦耳/波束= 1.5 K，2.5角秒波束;（2）深覆盖10平方度，均方根噪声1.5微焦耳/波束= 0.32 K，0.8角秒波束。本综述比较了VLASS提案（2015年1月15日版本）的科学目标和技术能力，使用大部分带宽调查的性能指标的新计算。
2015-02-23 astro-ph.GA astro-ph.IM
Science Impacts of the SPHEREx All-Sky Optical to Near-Infrared Spectral Survey II: Report of a Community Workshop on the Scientific Synergies Between the SPHEREx Survey and Other Astronomy Observatories
SPHEREx是一个拟议中的NASA MIDEX任务，被选作A阶段研究。SPHEREx将进行第一次全天空近红外光谱调查。在其为期两年的飞行任务结束时，SPHEREx将获得天空中每6.2角秒像素0.75至5 $μ$ m的光谱，光谱分辨率R>35，每个光谱/空间分辨率元素的5- $σ$灵敏度AB $>$ 19。有关SPHEREx的更多详细信息，请访问http://spherex.caltech.edu。SPHEREx团队提出了三个具体的科学调查，以进行这一独特的数据集：宇宙暴胀，星际和星周冰，以及银河系外的背景光。虽然这三个主题无疑是令人信服的，但它们远远没有耗尽SPHEREx的科学产出。实际上，SPHEREx将创建一个独特的全天空光谱数据库，其中包括大量天文和太阳系目标的光谱，包括扩展源和漫射源。这些光谱将使各种各样的调查，和SPHEREx团队致力于使数据提供给社区，使这些调查，我们称之为遗产科学。为此，我们为一般科学界赞助了两个研讨会，以确定最有趣的遗产科学主题，并确保SPHEREx数据产品能够满足他们的需求。2016年2月，来自各个领域的大约50名科学家在帕萨迪纳会面，以发展这些主题，并了解它们对SPHEREx任务的影响。2016年的研讨会强调了SPHEREx与其他同期天文任务、设施和数据库之间的许多协同作用。因此，2018年1月，我们在剑桥天体物理中心召开了第二次研讨会，专门关…
2018-05-24 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
The SXI telescope on board EXIST: scientific performances
SXI望远镜是EXIST上的三个仪器之一，EXIST是一个多波长天文台，负责在硬X射线中对天空进行全球调查，寻找超大质量黑洞。EXIST的主要目标之一也是以前所未有的灵敏度研究宇宙中最未知的高能量源，如高红移GRB，它将由航天器通过基于硬X射线定位的自主触发器迅速指向。最近在EXIST有效载荷补充中增加了一个软X射线望远镜，其有效面积约为950平方厘米，能量带为0.2-3千电子伏，响应扩展到10千电子伏，将允许进行0.1至600千电子伏的宽带研究。特别是对活动星系核的光谱成分和状态的研究，对源的变化性的监测，对伽玛暴早期阶段以来的瞬发和余辉发射的研究，这将有助于限制发射模型，最终有助于在EXIST硬X射线巡天中识别源和表征所探测到的瞬态事件。SXI还将执行调查：扫描调查，天空覆盖率约为2 π，限制通量为5 × 10 ^{-14}cgs，加上其他偶然发现。我们给出了SXI的科学性能的概述，并描述了其设计的状态，强调它是如何由科学要求得到的。
2009-10-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Performance evaluation of the high-voltage CMOS active pixel sensor AstroPix for gamma-ray space telescopes
本文评估了用于伽马射线空间望远镜的高压CMOS有源像素传感器AstroPix2和AstroPix3的性能，显示其动态范围、能量分辨率及辐射耐受性基本满足下一代中能伽马射线天文台AMEGO-X的要求。
2024-08-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Denoising the Deep Sky: Physics-Based CCD Noise Formation for Astronomical Imaging
本文提出基于物理的CCD噪声合成框架，通过模拟天文成像中的噪声来源，生成高质量训练数据以提升去噪效果，实验验证了其在光度学和科学准确性上的有效性。
2026-09-02 astro-ph.IM cs.CV cs.LG
