Assessment of the Projection-induced Polarimetry Technique for Constraining the Foreground Spectrum in Global 21 cm Cosmology
探测宇宙学天空平均（全球）21厘米信号作为观测频率的函数，将为研究早期宇宙（大爆炸后$\sim$ 4亿年）星系际介质（IGM）的电离和热历史提供一个强有力的工具。在传统的总功率全球21厘米实验中，最大的挑战是去除前景同步辐射（$\sim 10^3$ - $10^4$ K），以揭示微弱的宇宙学信号（数十至数百mK），特别是因为固有的平滑前景光谱被仪器效应破坏。虽然EDGES团队最近报告了天空平均光谱中78 MHz的吸收曲线，但有必要用独立的方法来确认这一检测。利用指向北天极（NCP）的宽视场天线观测各向异性前景源辐射的投影效应可以产生净极化，称为投影诱导极化效应（PIPE）。由于地球的自转，以环极区域为中心的观测将对净偏振的波形施加动态天空调制，这是前景分量所特有的。在这项研究中，我们回顾了这种新的基于偏振测量的技术的实施实用性和潜在的仪器效应，详细的数值模拟和测试平台仪器，宇宙暮光偏振计（CTP）。此外，我们探索了一种基于SVD的分析方法，用于使用天空调制PIPE将前景和仪器效应与背景全球21 cm信号分离。
2019-08-05 astro-ph.CO astro-ph.IM
Investigating mutual coupling in the MWA Phase II compact array
本研究针对MWA Phase II数据中由天线互耦合引起的系统误差，通过FEKO数值电磁仿真估计其幅度，发现预测值超过避免前景扩散的要求，需进一步验证耦合水平。
2025-08-11 astro-ph.IM
Consequences of constant elevation scans for instrumental systematics in Cosmic Microwave Background Experiments
仪器系统学需要被控制到高精度为即将到来的宇宙微波背景（CMB）实验。这些系统学造成的污染程度往往与扫描策略有关，卫星实验的扫描策略可以显着减轻这些系统学。然而，没有进行详细的地面实验研究。在这里，我们表明，在恒定高程扫描（CES）的假设下，扫描策略，以减轻这些系统的能力是非常有限的，无论扫描策略的详细结构。我们计算典型的值和地图的数量耦合扫描的系统，并显示这些数量如何随观察海拔的选择而变化。这些值和地图可用于计算和预测不同仪器系统的量级，而不需要详细的扫描策略模拟。作为一个参考点，我们表明，包括即使是一个单一的bohydrin旋转角度显着改善天空旋转单独减轻这些系统。用于评估交联的标准度量与本工作中研究的参数之一相关，因此我们工作的必然结果是交联将受到相同的CES限制，因此，如果使用CES，无论详细的调度选择如何，即将进行的CMB调查都将必然具有交联不良的区域。我们的研究结果也是相关的非CMB调查，执行恒定的海拔扫描，并可能有扫描耦合系统，如强度映射调查。
2021-09-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Spin-based removal of instrumental systematics in 21cm intensity mapping surveys
即将到来的宇宙学强度映射调查将为宇宙打开新的窗口，但它们必须首先克服一些重要的系统效应，包括偏振泄漏。我们提出了一种形式主义，使用扫描策略信息来模拟不同的仪器系统学的影响恢复宇宙强度信号的“单碟”（自相关）调查。这种建模根据自旋对称性对不同的系统进行分类，使其特别适用于处理极化泄漏。我们展示了如何使用这种形式主义来计算预期的污染从不同的系统作为扫描策略的函数。最重要的是，我们展示了如何系统可以从强度信号的基础上，通过地图制作的自旋属性。我们说明了这一点，使用一组玩具模型，一些简单的仪器系统学，展示了显着减少污染的能力，所观察到的强度信号。重要的是，与现有的前景去除技术不同，这种方法适用于频率不平滑的信号，例如偏振前景。这些地图制作方法是简单的应用和代表一个正交和互补的方法，现有的技术，从即将到来的21厘米强度测绘调查删除系统。
2021-12-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Polarised foreground removal at low radio frequencies using rotation measure synthesis: uncovering the signature of hydrogen reionisation
测量中性氢的红移21厘米发射有望成为研究氢再电离历史的最有效方法，并间接地研究第一个星系。这些研究将不会受到对信号的原始灵敏度的限制，而是受到来自银河系和河外射电源以及银河系连续统的明亮前景辐射的限制。此外，由于增益误差和非理想的饲料泄漏合谋进一步污染低频无线电观测。这种泄漏导致复杂的线性偏振信号的一部分找到它的方式进入斯托克斯我，并抑制了非偏振宇宙信号的再电离时代的检测。在这项工作中，我们表明，旋转测量合成可用于恢复宇宙氢再电离的签名中存在的污染极化前景。为了实现这一目标，我们应用旋转测量合成技术的斯托克斯我的合成数据立方体包含银河系前景发射，仪器偏振泄漏的影响，和红移21厘米发射中性氢从时代的再电离。这就产生了一个有效的斯托克斯法拉第色散函数为每一个视线，从仪器偏振泄漏可以拟合和减去。我们的研究结果表明，它是可能的，以恢复再电离的签名在其后期阶段（z ~ 7）的21厘米功率谱的方式，以及通过层析成像的电离腔在星系际介质。
2011-07-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
The effect of baseline layouts on the EoR foreground wedge: a semi-analytical approach
二维功率谱是分析早期宇宙21厘米信号低频射电干涉观测的现代工具包的基石。它熟悉的形式解开了大量关于天空和望远镜的系统信息，在大的视线尺度上显示为前景主导的“砖”和“楔”，在较小的尺度上显示为互补的“窗口”。本文建立在许多以前的作品在文献中，试图阐明不同的工具和前景因素，有助于这些熟悉的结构在二维功率谱。特别是，我们认为$uv$ -抽样的楔形出现的影响。我们的研究结果验证了预期，任意密集的仪器布局原则上恢复丢失的信息，导致模式混合，因此可以减轻楔形功能。我们得出的经验法则估计所需的基线密度完全楔形缓解，表明这些将是无法实现的实践。我们还讨论了布局的最佳形状，表明在基线的径向分离的对数规律性是有利的。虽然完全抑制前景泄漏到楔形实际上是无法实现的，我们发现，设计布局，促进径向密度和规则性是能够减少1-3个数量级的前景功率的幅度。
2018-10-25 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
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
A Differentiable, End-to-End Forward Model for 21 cm Cosmology: Estimating the Foreground, Instrument, and Signal Joint Posterior
提出一种可微端到端贝叶斯正向建模框架，用于低频射电望远镜21厘米信号与前景和仪器参数的联合后验估计，通过高效采样实现不确定性量化，并引入新的球面条谐形式。
2025-07-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quantifying EoR delay spectrum contamination from diffuse radio emission
中性氢的21 cm超精细跃迁提供了一个很有前途的探测宇宙的大尺度结构的再电离时代之前和期间，当第一个电离源形成。来自前景源的明亮无线电发射仍然是探测微弱的21厘米信号的最大障碍。然而，前景功率的预期平滑度在傅立叶空间中留下了干净的窗口，其中可以潜在地在热噪声上看到EoR信号。虽然这个窗口的边界在原则上是明确定义的，但前景源的光谱结构、仪器色度和分析中光谱权重的选择都影响有多少前景功率溢出到EoR窗口中。在本文中，我们运行了一套数值模拟的宽场能见度测量，与各种扩散前景模型和仪器配置，并测量污染的傅立叶模式的程度，在EoR窗口使用延迟变换的方法来估计功率谱。我们还测试这些影响与电磁模拟产生的HERA天线波束的模型，考虑到进一步的色彩效果在真正的仪器。我们发现，前景功率溢出是由所谓的“干草叉效应”，其中扩散的前景功率是明亮的地平线附近，由于缩短基线。因此，EoR窗口中的污染模式的程度随着时间的推移基本上是恒定的，除非星系靠近指向中心。
2019-10-23 astro-ph.IM
Spider Optimization II: Optical, Magnetic and Foreground Effects
Spider是一种气球携带的仪器，旨在以度尺度分辨率绘制大部分天空中宇宙微波背景（CMB）的偏振。Spider的主要目标是通过原始引力波对CMB偏振的影响来测量原始引力波的振幅，前提是张量与标量之比r大于0.03。为了实现这一目标，仪器系统误差必须以前所未有的精度进行控制。在这里，我们建立在以前的工作，使用模拟蜘蛛观测，以检查几个系统的影响，其特征在于通过测试和建模的各种仪器组件。特别是，我们调查的半波片，焦平面组件和地球的磁场之间的耦合，光束失配和不对称的非理想光谱响应的影响。我们还提出了一个基于银河系磁场和尘埃三维模型的扩散偏振前景发射模型，并研究了这种前景发射与我们的观测策略和仪器效应的相互作用。我们发现，预期的前景和系统污染水平足够低，蜘蛛实现其科学目标。
2011-02-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Chromaticity-Optimized Antenna Design and Bayesian Foreground Validation for the CANTAR Global 21 cm Experiment
Universidad de Antioquia（安蒂奥基亚大学）；Universidad Industrial de Santander（桑坦德工业大学）；Universidad ECCI（ECCI大学）
CANTAR通过优化天线设计和贝叶斯验证，提升全球21厘米信号检测的前景建模与系统误差控制。
2026-02-20 astro-ph.IM
Wide-field LOFAR-LBA power-spectra analyses: Impact of calibration, polarization leakage and ionosphere
由于前景（银河系和银河系外），校准误差和电离层效应造成的污染构成了在各种再电离时代（EoR）实验中探测宇宙21厘米信号的主要挑战。我们提出了一个试点研究的结果集中在3C 196使用LOFAR低频段（56-70 MHz）的观测，在那里我们量化各种宽场和校准的影响，如增益误差，极化前景，电离层的影响。我们观察到一个“干草叉”结构的偏振强度在延迟基线空间的二维功率谱，泄漏到模式以外的仪器视界（EoR/CD窗口）。我们表明，这种结构主要是由于强烈的仪器极化泄漏（$\sim30\%$）对{Cas\，A}（$\sim21$ kJy在81 MHz，最亮的源在北方天空），这是远离主视场。我们测量一个非常小的电离层衍射尺度（$r_{\text{diff}} \approx 430$ m在60 MHz）对{Cas\，A}类似于纯柯尔莫哥洛夫湍流相比，$r_{\text{diff}} \sim3 - 20$公里，在150 MHz的天顶典型的电离层条件。这是在这些频率下测量的最小衍射尺度之一。我们的工作为理解上述效应的性质提供了见解，并在未来的宇宙黎明观测中（例如SKA-low和HERA）在同一频率窗口中减轻它们。
2018-04-26 astro-ph.IM
Cosmological 21cm experiments: Searching for a needle in a haystack
有几个计划和正在进行的实验旨在探索再电离时代（EoR），在此期间，星系际介质中的气体从完全中性到几乎完全电离的关键时期。这些实验将通过中性氢的红移21厘米线探测EoR，使用无线电阵列：例如低频阵列（LOFAR）和Murchinson宽场阵列（MWA）。然而，不幸的是，宇宙学的21厘米信号受到天体物理前景和非天体物理和仪器效应的高度污染。因此，为了可靠地探测宇宙学信号，必须非常好地理解所有数据成分及其对所需信号的影响，并探索EoR的其他补充或确证探针。这些会议记录给出了前景的观测约束的概述，目前的理论努力来模拟前景，并讨论了前景去除的问题。给出了LOFAR-EoR实验的主要结果。
2010-08-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Understanding Instrumental Stokes Leakage in Murchison Widefield Array Polarimetry
本文提供了一个电磁，更具体地说，阵列理论，了解强仪器极化效应的平面低频“孔径阵列”的默奇森宽场阵列（MWA）为例。一个长期存在的问题，已经看到这里是显着的仪器斯托克斯泄漏校准后，特别是在斯托克斯Q在高频。一个简单的模型，占元件间的互耦，这解释了显着的Q泄漏时，看到的阵列被扫描远离天顶的主平面。在这些平面上，该模型预测X（E-W）和Y（N-S）偶极中的电流不平衡，从而预测Q泄漏。虽然在概念上是有帮助的，但我们发现这个模型不足以解释观测数据的全部细节。这一发现激发了进一步的实验，更严格的模型，考虑相互耦合和嵌入式元件模式。两个更严格的模型进行了讨论：“完整”和“平均”嵌入式元素模式。通过模拟当前MWA实践使用赫兹偶极子模型作为琼斯矩阵估计的“完整”模型的可行性证明。我们发现，这些结果复制所观察到的Q泄漏约2至5%。最后，我们提供了更直接的指示，预期从升级琼斯矩阵估计更严格的模型的改进水平。使用“平均”嵌入模式作为“完整”模型的估计，我们发现，几个百分点的Q泄漏是可以实现的。
2014-12-15 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
Towards end-to-end Bayesian forward models in global 21-cm cosmology: surrogate modelling and marginalisation of beam uncertainty
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）；Antenna Group, Université Catholique de Louvain（天主教鲁汶大学天线研究组）
本研究针对全局21厘米宇宙学的波束不确定性问题，提出端到端贝叶斯框架，通过代理建模与分析边缘化减少模拟负担，实现稳健的不确定性量化。
2026-08-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Beyond the horizon: Quantifying the full sky foreground wedge in the cylindrical power spectrum
本文推导了全天前景楔方程，克服了传统平坦天空近似在宽视场仪器中的局限，表明前景可延伸至更远范围，为正确选择EoR窗口和规划21厘米观测提供了重要工具。
2024-12-10 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
1/f Noise Analysis for FAST HI Intensity Mapping Drift-Scan Experiment
我们研究了500米孔径球面望远镜（FAST）接收机系统的1/f噪声使用漂移扫描数据从一个强度映射试点调查。所有19个光束都具有类似结构的1/f起伏。时间和二维功率谱密度估计。在低频$f$的时间序列数据中直接看到的相关性与天空信号相关联，这可能是由于前景和系统响应之间的耦合。我们使用奇异值分解（SVD）来减去前景。通过去除最强的分量，可以显著降低测量的1/f噪声功率。通过减去20个模式，10 MHz频带中1/f噪声的拐点频率降低到$1.8 \times 10^{-3}\Hz$，远低于500秒时间尺度上的热噪声。二维功率谱表明，1/f型变化被限制在一个小的区域中的时间-频率空间和频率的相关性可以抑制SVD模式减法。SVD模式减法后的残留1/f噪声在频率上不相关，并且以8 s间隔对接收机增益进行简单的噪声二极管频率无关校准不会影响结果。1/f噪声对于HI强度映射可能是重要的，我们估计1/f噪声具有膝频率$(f_{k}) \sim$ 6 $\times$ 10 $^{-4}$ Hz，以及在SVD减去30个模式之后的时间和频率相关谱指数$(α) \sim 0.65$、$(β) \sim 0.8$。这会使HI功率谱测量值偏置10%。
2021-09-14 astro-ph.IM
The Herschel-PACS photometer calibration: Point-source flux calibration for scan maps
本文概述了PACS光度计通量校准的概念，特别是主要的观察模式，扫描地图。绝对通量校准与五个基准恒星标准（alpha Boo，alpha Cet，alpha Tau，beta And，gamma Dra）的光球模型有关。数据处理步骤，以达到一致和均匀的校准概述。在当前状态下，所有波段的相对光度精度约为2%。从目前的校准现状出发，描述了影响相对校准精度的仪器效应的表征和校正，并对最终可实现的校准数进行了展望。在包括所有仪器效应的校正后，相对光度校准精度（可重复性）在蓝色和绿色波段将达到0.5%，在红色波段达到2%。这种出色的校准开始揭示K型和M型恒星校准器模型之间可能存在的不一致。因此，绝对校准精度主要受到天体标准模型在所有三个波段中的5%不确定性的限制。PACS测辐射热计的响应在整个赫歇尔任务中非常稳定，一个独立于时间的响应校准文件足以处理和校准科学观测。内部校准源的专用测量仅用于表征次级效应。测辐射热计和滤波器没有老化的影响，也没有发现滤波器泄漏的迹象。PACS测光系统的特征非常好，以恒定能谱nu*Fnu = lambda*Flambda = const作为参考。颜色校正范围广泛的来源SED的确定和制表。
2013-09-24 astro-ph.IM
A hybrid map-$C_\ell$ component separation method for primordial CMB $B$-mode searches
从未来的地基和卫星实验中观测到的宇宙微波背景辐射（CMB）的偏振发射，有望间接探测到大尺度$B$模式偏振形式的原始张量波动的难以捉摸的信号。然而，要做到这一点，就需要将信号与偏振的银河前景准确而可靠地分离开来。我们提出了一种多频CMB观测的分量分离方法，该方法结合了基于地图和基于功率谱的技术的一些优点，并且直接适用于存在现实前景和仪器噪声的数据。我们证明，该方法是能够减少污染的银河系前景低于一个等效的张量-标量比$r_{\rm FG}\lesssim5\times10^{-4}$，所需的下一代天文台，广泛的前景模型具有不同程度的复杂性。这种偏差的减少与最终统计不确定性的轻度$\sim20-30\%$增加有关，并且适用于大的天空区域，以及针对$B$模式功率谱中的再电离和重组颠簸的实验。
2022-10-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detecting 21 cm EoR Signal using Drift Scans: Correlation of Time-ordered Visibilities
我们提出了一种形式主义，提取EOR HI功率谱漂移扫描使用无线电干涉仪。我们的主要目的是确定时间有序的vibrations的相干时间尺度。为了解决这个问题，我们计算了在不同时间测量的HI活力的两点关联函数。我们确定，对于一个给定的基线，这个复杂的函数的振幅和相位的去相关。我们的分析使用四个正在进行和未来的干涉仪-PAPER，MWA，HERA和SKA 1-Low的主光束。我们确定负责HI信号的去相关的物理过程，并通过适当的解析近似来隔离它们的影响。关联函数的幅度的去相关时间尺度对于提取HI信号的感兴趣的基线位于2- 20分钟的范围内。在按比例缩小适当的项之后，可以使关联函数的相位变小，这也导致相位的相干时间尺度比关联函数的幅度长。我们发现，我们的结果是不敏感的输入HI功率谱，因此，他们是直接适用于漂移扫描数据的分析。我们也适用于我们的形式主义的一组点源和统计均匀扩散相关前景。我们发现，点源解相关的时间尺度上比HI信号短得多。这提供了一种新颖的机制来部分地减轻漂移扫描中的前景。
2019-10-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Machine-learning recovery of foreground wedge-removed 21-cm light cones for high-$z$ galaxy mapping
本研究基于U-Net深度学习算法，新引入光锥效应，重建前景楔移除的21厘米信号图，在SKA仪器限制下保持可靠性，并评估其指导高红移星系搜索及研究IGM与星系联系的潜力。
2024-03-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
The LOFAR EoR Data Model: (I) Effects of Noise and Instrumental Corruptions on the 21-cm Reionization Signal-Extraction Strategy
许多实验被设置为测量来自再电离时期（EoR）的中性氢的21-cm信号。这些实验的共同点是所产生的大量数据集，这些数据集受到各种仪器效应、电离层扭曲、射频干扰以及强烈的银河系和河外前景的污染。在本文中，在一个系列的第一，我们提出的数据模型，这将是信号分析的基础上的LOFAR（低频阵列）EoR的关键科学项目（LOFAR EoR KSP）。使用这个数据模型，我们模拟现实的可见性数据集在一个很宽的频带，适当地考虑到所有目前已知的仪器腐败（如方向相关的增益，复杂的增益，偏振效应，噪声等）。然后，我们将主要校准误差应用于统计意义上的数据，假设校准误差是随机高斯变量，其水平与我们目前基于LOFAR核心站1观测的知识一致。我们的目的是演示干涉测量的系统性如何影响校准数据的质量，误差如何相互关联和传播，以及从长远来看，这将如何导致新的校准策略。我们目前的结果，这些模拟和反演过程和提取程序。我们还讨论了一些一般性质的一致性矩阵和琼斯形式主义，可能证明有用的解决孔径合成阵列的校准问题。我们的结论是，即使在现实的噪声和仪器误差的存在下，统计签名的EoR信号可以检测到LOFAR相对较小的误差。我们的数据模型和更复杂的仪器模型的统计特性的详细研究将在未来考虑。
2009-01-21 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
Optimising instrument concepts with Machine Learning: Application to CMB spectral distortion experiments
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, Institut d’Astrophysique Spatiale（法国国家科学研究中心，天体物理研究所）；Centre national d’études spatiales (CNES)（法国国家空间研究中心）
本研究提出一种基于机器学习的优化方法，用于探索天文仪器多维参数空间，并应用于FOSSIL任务的CMB谱畸变测量，识别关键参数以提升实验性能。
2026-09-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
The QUIJOTE Experiment: Prospects for CMB B-MODE polarization detection and foregrounds characterization
QUIJOTE（Q-U-I JOint TEnerife）是一个实验，旨在实现CMB B模式偏振检测，如果B模式振幅大于r = 0.05，则足以检测原始引力波分量。它由安装在西班牙加那利群岛泰德天文台的两台望远镜和三台仪器组成，在10-42千兆赫频率范围内进行观测。观测策略包括三个光栅扫描深度积分领域的宇宙学，一个名义上广泛的调查，涵盖北天空和特定的光栅扫描深度积分观测在特定的利益。介绍了该项目的主要目标，并回顾了第一台仪器取得的第一批科学成果。
2018-02-13 astro-ph.CO 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
FAST Drift Scan Survey for HI Intensity Mapping. II. Stacking-based Beam Construction of the 19-feed Array at $1.4$ GHz
本文提出基于漂移扫描点源叠加的波束重建方法，利用泽尼克多项式构建 FAST 19 馈源 L 波段波束模型，为 HI 强度映射前景扣除提供更精确的波束。
2025-04-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Systematic effects in polarizing Fourier transform spectrometers for cosmic microwave background observations
探测到宇宙微波背景（CMB）的原始B模偏振信号将为暴胀提供证据。然而，越来越清楚的是，检测这样一个微弱的信号需要一个仪器，既有宽的频率覆盖范围，以拒绝前景和良好的控制仪器系统的影响。使用偏振傅里叶变换光谱仪（FTS）进行CMB观测符合这两个要求。在这项工作中，我们提出了偏振傅里叶变换光谱仪中的仪器系统效应的分析，使用原始通货膨胀探测器（PIXIE）作为一个工作的例子。我们解析解决固有的FTS发射光学元件，未对准的光学元件，采样和相位误差，和自旋同步效应的最重要的系统效应-并证明，校正后的残留系统误差条款将全部在子nK水平，远低于预测的100 nK B模式信号。
2015-10-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Spectro-polarimetric Observations at the NVST: I. Instrumental Polarization Calibration and Primary Measurements
本文介绍了2017年以来在中国新真空太阳望远镜上进行的初步光谱偏振观测，目的是利用光球线Fe I 532.4 nm的全斯托克斯光谱偏振观测来精确评估该偏振仪的实际偏振精度和灵敏度。在这项工作中，我们简要描述了NVST作为偏振仪在技术上的突出特点，然后根据2017年和2019年的运行情况对其仪器偏振进行了表征。验证了利用仪器偏振校准单元（ICU）进行校准的方法是稳定可靠的。标定精度可达3 $\times 10^{-3}$。基于2017年4月5日对NOAA 12645的科学观测，我们估计，经过仪器偏振校准后，Stokes $I$到Stokes $Q$、$U$和$V$的剩余串扰平均约为4 $\times10^{-3}$，与校准精度一致，接近光子噪声。偏振灵敏度（即，偏振光的检测极限）为积分时间超过20秒的$10^{-3}$的数量级。慢调制速率确实是本系统的问题。目前的NVST偏振计预计将与高阶自适应光学系统和场扫描仪集成，以实现在以下仪器更新的二维磁场矢量测量。
2019-11-18 astro-ph.IM astro-ph.SR
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
Synthetic Observations with the Square Kilometre Array (SKA) -- development towards an end-to-end pipeline
探测来自宇宙黎明和再电离时代的中性氢的红移21厘米信号是现代观测宇宙学的最后前沿之一。固有的微弱信号使其容易受到天体物理前景和仪器系统学等几个来源的污染。尽管如此，最近取得的进展将结合起来，使信号检测与即将到来的平方公里阵列（SKA），无论是统计和通过断层扫描。本文介绍了一个本地开发的端到端的管道，模拟敏感的干涉观测。主要介绍了干涉仪对\hi检测的要求。在其目前的形式，它可以模拟现实的点源前景和系统的影响-校准误差和位置误差对21厘米的观测。在校准误差和位置误差为0.01%的情况下，验证了该流水线的性能.它的性能在望远镜、前景和信号模型中是一致的。在最初阶段，模拟管道的重点是EoR科学。但是，由于这是一个通用的干涉仿真管道，它将有助于整个SKA用户社区，无论科学目标。
2022-11-08 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
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
A Bayesian approach to modelling spectrometer data chromaticity corrected using beam factors -- I. Mathematical formalism
准确解释光谱仪数据中由仪器色度引起的光谱结构与21 cm信号检测相关，是全球21 cm信号分析中最重要的挑战之一。在公开可用的EDGES低波段数据集中，这种复杂的结构使用基于光束因子的色度校正（BFCC）来抑制，其工作原理是将数据除以仪器光束光谱结构的天空图加权模型。对这些数据的几项分析采用了一些模型，这些模型首先假设这种校正是完全的。然而，尽管BFCC减轻了仪器色度对数据的影响，但考虑到关于前景光谱结构的现实假设，校正只是部分的。这使得解释与内在天空模型（假设对数据的光谱结构没有仪器贡献的模型）的数据的拟合变得复杂。在本文中，我们推导出一个BFCC数据模型从BFCC的分析处理，并证明使用模拟观测，在对比使用固有的天空模型的数据，BFCC数据模型，使无偏恢复的模拟全球21厘米信号从光束因子色度校正数据的限制，数据是正确的无误差的光束因子模型。
2023-03-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Bayesian Calibration Framework for EDGES
我们开发了一个贝叶斯模型，联合约束接收机校准，前景和宇宙21厘米信号的EDGES全球21厘米实验。该模型同时描述了在实验室中采集的校准数据以及使用EDGES低波段天线采集的天空数据。我们将我们的模型应用于用于报告2018年第一颗恒星形成证据的相同数据（包括天空和校准）。我们发现，接收器校准不会对推断的宇宙信号产生显著的不确定性（<1%），尽管我们的联合模型能够更鲁棒地估计前景模型的宇宙信号，否则前景模型太不灵活，无法描述天空数据。我们确定存在一个显着的系统的校准数据，这在很大程度上是避免在我们的分析，但必须在未来的工作中更密切地检查。我们的可能性提供了一个基础，在未来的分析中，其他仪器系统，如光束校正和反射参数，可以添加在一个模块化的方式。
2022-09-07 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
Estimating SI violation in CMB due to non-circular beam and complex scan in minutes
在宇宙微波背景（CMB）实验中，仪器光束的圆对称性不可避免的轻微偏离会导致可测量的统计各向同性（SI）破坏。如果没有适当地考虑，则该寄生信号可以使数据中的其他SI违反信号（如果有的话）的提取复杂化。然而，通过精确的数值模拟来估计这种效应是计算密集且耗时的。一个广义的分析形式主义不仅提供了一个快速的方法来估计这个信号，但也给出了一个详细的理解连接的领先的光束各向异性组件的SI违反可测量的BipoSH特性。在本文中，我们提供了一个近似的通用分析方法来估计由于非圆（NC）光束和任意扫描策略，双极球谐（BipoSH）光谱的SI破坏。我们的分析方法可以预测几乎所有的功能介绍了数控光束在一个复杂的扫描，从而减少了需要大量的数值模拟价值数万CPU小时到分钟长的计算。作为一个说明性的例子，我们使用WMAP波束和扫描策略来证明我们的方法的简单性，可用性和效率。我们测试我们所有的分析结果对精确的数值模拟。
2015-11-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
