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
UVMULTIFIT: A versatile tool for fitting astronomical radio interferometric data
天文干涉数据的分析通常是对干涉仪的点扩散函数（PSF）进行反卷积后得到的图像进行的。该策略可以被理解（特别是对于稀疏阵列的情况）为将模型拟合到模型，因为去卷积图像已经是实际数据的非唯一模型表示（即，的vitamins）。实际上，干涉图像可能受到可见度网格化、加权方案（例如，自然对均匀），以及（非线性）去卷积算法的细节。将模型拟合到直接干涉观测值（即，在简单的（分析的）天空强度分布的情况下是优选的。在本文中，我们提出了UVMULTIFIT，一个多功能的库，用于拟合可见性数据，在基于Python的框架中实现。我们的软件目前基于CASA包，但可以很容易地适应其他分析包，只要它们有Python API。我们已经用合成数据和实际观测数据测试了该软件。在某些情况下（例如，尺寸小于干涉仪的衍射极限的源），拟合到干涉仪的结果（例如，附近源的光谱）远优于仅从去卷积图像的分析获得的输出。UVMULTIFIT是现有任务的一个强大的改进，从能见度数据中提取最大量的信息，特别是在接近干涉测量观测的灵敏度/分辨率极限的情况下。
2014-02-17 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
Intrinsic advantages of the w component and spherical imaging for wide-field radio interferometry
在干涉成像中考虑宽视场对下一代射电望远镜越来越重要。用于干涉成像的压缩感知技术最近已经扩展到广泛的领域，在它们自然存在的球坐标空间中恢复图像。我们回顾这些技术，突出：（一）如何有效的扩频现象，由于w分量引起的测量不相干性的增加，增强时去宽场;和（ii）稀疏性如何减少直接恢复图像的领域。这两个属性都用于提高重建图像的质量。
2011-08-26 astro-ph.IM
High-Performance Gridding For Radio Interferometric Image Synthesis
卷积网格是一种广泛用于无线电干涉图像合成的技术（算法），用于快速反演傅立叶平面上以不规则间隔采样的函数。在这篇论文中，我们提出了一些修改的技术，以执行更快的GPU上。这些修改产生了\textit{Hybrid Gridding}和\textit{Pruned NN Interpolation}，它们利用卷积网格中网格卷积函数的过采样来尝试在不降低输出质量的情况下更快地进行网格化。我们的实验表明，在适当的条件下，混合网格比卷积网格执行速度快$6.8\times$，而修剪NN插值通常比混合网格慢。这两种新技术的特点是通过卷积对过采样网格进行下采样，以加速傅立叶逆。这是一个众所周知的近似技术，遭受混叠。在这篇论文中，我们重新提出的技术作为一个\textit{Convolution-Based FFT Pruning}算法能够抑制混叠低于算术噪声。该算法使用最近发现的最小失配网格函数，通过我们的实验给出了有希望的结果，虽然不如预期的从相关发表的工作所述的网格函数。然而，我们的实验表明，在适当的条件下，基于卷积的修剪将GPU上的傅立叶逆执行时间减少了大约$8\times$的一个因子。
2021-11-07 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
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
Low-cost, ultra-wideband, differential low-noise amplifier for interferometric radio telescopes
David A. Dunlap Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓普天文学与天体物理系）；Dunlap Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学邓普天文学与天体物理研究所）
介绍用于干涉测量射电望远镜的低成本、超宽带差分低噪声放大器，无需前置放大平衡-不平衡变换器，由商用元件构成，成本约20美元/单位，经多种测试表征，展示了良好噪声性能。
2026-07-27 astro-ph.IM
A regularized tri-linear approach for optical interferometric imaging
在光学干涉测量的背景下，只有欠采样的功率谱和双谱数据是可访问的。这对图像恢复提出了一个不适定的逆问题。最近，一个三线性模型提出了单色成像，导致交替的最小化问题。在这项工作中，只考虑了一个积极的约束，并解决了问题的近似高斯-赛德尔方法。在本文中，我们提出了改进的方法在三个基本方面。首先，我们将估计图像定义为正则化最小化问题的解决方案，使用$\ell_1$或加权$\ell_1$正则化项在固定字典中促进稀疏性。其次，我们使用块坐标向前向后算法解决由此产生的非凸最小化问题。该算法能够处理光滑和非光滑函数，并且即使在非凸的情况下也能保证收敛。最后，我们将我们的模型和算法推广到高光谱的情况下，通过$\ell_{2,1}$正则化项促进联合稀疏先验。我们目前的模拟结果，无论是单色和高光谱的情况下，验证所提出的方法。
2017-07-10 astro-ph.IM
A fast and exact $w$-stacking and $w$-projection hybrid algorithm for wide-field interferometric imaging
标准的宽视场成像技术，$w$投影，允许校正宽视场的非共面无线电干涉阵列。然而，由于高分辨率所需的计算量以及来自当前干涉仪的大量的vibrations，计算每个测量的精确校正是不可能的。这些校正所需的精度和计算成本是下一代无线电干涉仪（如平方公里阵列）面临的最大未解决的挑战之一。我们表明，可以执行相同的计算与径向对称的$w$投影内核，其中我们使用一维自适应正交计算所得的汉克尔变换，减少了几个数量级的内核生成所需的计算，同时保持精度。我们确认，径向$w$投影内核是准确的，约1%，通过成像的零间距与添加$w$ -长期。我们证明了我们的径向对称$w$投影内核通过稀疏图像重建的潜力，使用软件包PURIFY。提出了一种分布式的$w$ -叠加和$w$ -投影混合算法。我们应用该算法单独校正非共面效应在1750万个视场超过$25$的$25$度的视野MWA观察图像重建。这种级别的准确性和可伸缩性对于标准的$w$投影核生成方法是不可能的。这表明我们可以扩展到具有大图像尺寸的大量测量，同时仍然保持速度和精度。
2019-02-14 astro-ph.IM
Detecting Weak Spectral Lines in Interferometric Data through Matched Filtering
现代射电干涉仪能够以前所未有的空间分辨率和灵敏度观测谱线。尽管有这些技术进步，许多感兴趣的线仍然充其量是弱检测的，因此需要专门用于低信噪比（SNR）状态的检测和分析技术。匹配滤波器可以利用源结构和运动学的知识来增加谱线观测的灵敏度。在本机傅立叶域中的滤波器的应用提高了SNR，同时避免了与成像相关联的计算成本和模糊性，使得匹配滤波成为用于弱谱线检测的快速且鲁棒的方法。我们演示了如何近似匹配滤波器可以从以前观察到的线或从一个模型的源，我们展示了如何使用这个过滤器来鲁棒地推断弱谱线的检测意义。当应用于ALMA周期2观测TW Hya周围的原行星盘中的CH3OH时，该技术比基于孔径的光谱提取方法产生约53%的SNR提升，并且我们表明，在更高的空间分辨率下观测将实现更高的提升。该技术的基于Python的开源实现可以在MIT许可下获得，网址为https://github.com/AstroChem/VISIBLE。
2018-03-13 astro-ph.IM
A distributed resource-adaptive implementation of the widefield radio-interferometric measurement model for scalable image formation
Heriot-Watt University, Institute of Sensors, Signal, and Systems（赫瑞-瓦特大学，传感器、信号与系统研究所）
针对宽场射电干涉成像中测量模型计算复杂度高的问题，提出一种混合w-stacking/w-projection的分布式资源自适应实现，通过自动设置w-bin数量最小化计算成本，并引入数据降维和内存控制的分块策略，实现可扩展成像。
2026-05-25 astro-ph.IM
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
Selective Dynamical Imaging of Interferometric Data
本研究针对EHT稀疏(u,v)覆盖难以分辨时变源的问题，提出基于基线各向同性与密度的覆盖质量度量，经合成数据验证后为2017年Sgr A*数据集成像提供建议。
2024-09-12 astro-ph.IM
Deep radio interferometric search for decametre radio emission from the exoplanet Tau Boötis b
本文利用LOFAR干涉模式对热木星Tau Boötis b开展64小时十米波观测，未探测到显著Stokes V辐射，并给出24 mJy的2σ连续辐射上限。
2025-01-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
The RRAT Trap: Interferometric Localization of Radio Pulses from J0628+0909
本文首次对瞬变脉冲星J 0628 +0909进行了毫秒级射电瞬变的盲干涉探测和成像。我们发展了一种特殊的卡尔G. Jansky超大阵列（VLA）来产生相关数据产品（即，相关数据有效地在天空上产生数千个波束，这些波束可以在宽视场上定位任何地方的源。我们使用这种新的观测模式来寻找和成像来自旋转无线电瞬变（RRAT）J 0628 +0909的脉冲，将其定位提高了两个数量级。由于RRAT的位置只有大约知道第一次观察时，我们搜索瞬态使用宽场检测算法的基础上的双谱，干涉关闭量。在16分钟的观察中，该算法检测到一个与其标称位置大约1“的瞬态偏移;这使我们能够对RRAT进行成像，以1.6”的精度对其进行定位。利用RRAT位置的先验知识，相同数据的传统波束成形搜索发现两个较低有效性的脉冲。精确的RRAT位置排除了所有可能的多波长对应物，将其光学光度限制在L_i '<1.1 × 10^31 erg/s，并排除了它与年轻明亮的中子星的关联。
2012-08-30 astro-ph.GA astro-ph.IM
Altitude Estimation of Radio Frequency Interference Sources via Interferometric Near Field Corrections
本研究提出利用近场校正估计射频干扰发射体高度的方法，通过MWA观测数据验证，成功将干扰源识别为飞机，为从单纯标记转向减去或剥离RFI以保留更多数据提供了可能。
2025-02-13 astro-ph.IM
A Fourier dimensionality reduction model for big data interferometric imaging
无线电干涉测量中的数据降维可以通过减少存储器占用和每次迭代更轻的计算来节省用于图像重建的计算资源，这对于成像方法的可扩展性到下一代望远镜的大数据设置是重要的。本文从压缩感知理论的角度对降维进行了新的阐述，并研究了其与凸优化背景下设计的成像算法的相互作用。我们提出了一个后网格的线性数据嵌入到测量算子的左奇异向量所跨越的空间，提供了一个低于图像大小的降维。这种嵌入保留了测量算子的零空间，因此也保留了其根据压缩感测理论的采样特性。我们表明，这可以近似通过首先计算脏图像，然后应用加权子采样离散傅立叶变换，以获得最终减少的数据向量。该傅立叶降维模型确保了完整测量算子的快速实现，这对于任何迭代图像重建方法都是必不可少的。建议的减少也保留了i.i.d.原始测量噪声的高斯特性。对于基于凸优化的成像算法，这是证明使用标准L2范数作为数据保真度项的关键。我们的模拟证实，这种降维方法可以利用凸优化算法，相对于从完整的可见性数据集重建图像，成像质量没有损失。在模拟环境中的重建结果没有方向相关的影响或校准误差显示出有前途的性能所提出的降维。GitHub上提供了实现所提出的缩减方法的MATLAB代码。
2017-02-28 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
Uncertainty quantification for radio interferometric imaging: II. MAP estimation
不确定性量化是无线电干涉成像中一个关键的缺失部分，随着无线电干涉测量的大数据时代的到来，它只会变得越来越重要。执行贝叶斯推断的统计采样方法，如马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）采样，原则上可以恢复图像的完整后验分布，然后可以量化不确定性。然而，对于大规模的数据大小，如平方公里阵列（SKA）所预期的数据大小，由于其固有的计算成本，即使不是不可能应用任何MCMC技术，也将是困难的。我们制定贝叶斯推断问题与稀疏促进先验（压缩感知的动机），我们恢复最大后验（MAP）点估计的无线电干涉图像的凸优化。利用概率集中理论的最新发展，我们通过后处理恢复MAP估计来量化不确定性。提出了三种量化不确定性的策略：（i）最高后验密度可信区域;（ii）局部可信区间（cf.误差条）;以及（iii）图像结构的假设检验。这些形式的不确定性量化提供了丰富的信息，用于以统计稳健的方式分析无线电干涉观测。我们的MAP为基础的方法是大约$10^5$倍的计算速度比国家的最先进的MCMC方法，此外，支持高度分布式和并行算法结构。我们基于MAP的技术首次为无线电干涉成像提供了一种量化不确定性的方法，以获得真实的数据量和实际用途，并可扩展到射电天文学的新兴大数据时代。
2018-09-11 astro-ph.IM cs.IT math.IT
Low-cost, Low-loss, Ultra-wideband Compact Feed for Interferometric Radio Telescopes
本文为“大N小D”干涉射电望远镜开发了一种低成本、紧凑的超宽带馈源，采用超大后挡板改进Vivaldi和四脊喇叭天线设计，适配深反射面天线，在CHORD原型机仿真中实现了低于30 K的系统温度和0.4至0.6的口径效率。
2023-05-08 astro-ph.IM
Probing Equatorial Ionospheric TEC at Sub-GHz Frequencies with Wide-Band (B4) uGMRT Interferometric Data
本研究利用uGMRT对3C48进行10小时宽带观测，精确测量低纬度电离层差分TEC，发现相位结构函数斜率偏离Kolmogorov湍流，衍射尺度为6.66 km，揭示了其对校准和成像的挑战。
2025-06-25 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
Instrument-Level Validation of Upper Sideband Syntonization Concept
Serco Nederland B.V.（瑟科荷兰有限公司）；European Space Research and Technology Centre (ESTEC)（欧洲空间研究与技术中心）
本文通过W波段互相关测量和成像，首次端到端验证了欧空局提出的上边带同步化概念，证明其可保持干涉相干性，性能接近共用本振。
2026-09-11 astro-ph.IM eess.SP
A new layout optimization technique for interferometric arrays, applied to the MWA
天线布局是无线电干涉仪的一个重要设计考虑因素，因为它决定了快照点扩散函数（PSF或阵列波束）的质量。这对于以21 cm再电离时期信号为目标的实验尤其如此，因为前景减法的质量直接取决于空间动态范围，从而取决于基线分布的平滑度。几乎所有的站点都对天线的放置位置有限制--即使在MWA（Murchison Widefield Array）的偏远澳大利亚位置，也有岩石露头，洪水区，遗产区，紧急跑道和树木。这些排除区域可以将空间结构引入到基线分布中，从而增强PSF旁瓣并减小角动态范围。在本文中，我们提出了一种新的方法约束天线的位置，减少了空间结构的基线分布。这种方法不仅优于随机布局算法，避免禁区，但令人惊讶的是优于随机布局算法没有约束，提供我们认为是最平滑的约束基线分布开发的日期。我们使用我们的新算法，以确定天线放置的原始计划MWA，并提出了天线的位置，基线分布，和快照PSF为这个阵列的选择。
2012-03-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
How to Deploy a 10-km Interferometric Radio Telescope on the Moon with Just Four Tethered Robots
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Blue Origin Enterprises（蓝色起源公司）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
用于黑暗时代和系外行星无线电科学调查的远侧阵列（FARSIDE）是一个拟议的月球远侧任务概念，旨在在100平方公里的区域内部署和操作128个双极化偶极天线阵列。由此产生的干涉射电望远镜将提供前所未有的遥远恒星系统的无线电图像，从而可以调查日冕物质抛射和高能粒子事件的微弱无线电特征，还可以探测母星宜居带内系外行星周围的磁层。与此同时，FARSIDE还将测量早期宇宙的“黑暗时代”，全球信号为21厘米，范围为红移（z约为50-100）。阵列中的每个离散天线节点通过通信和电力系绳连接到中央集线器（位于着陆器处）。节点由冷=可操作的电子设备驱动，持续监测极宽的频率带（200 kHz至40 MHz），这超过了地球望远镜的能力两个数量级。实现这种突破性的能力需要在月球表面实施强大的部署策略，这对于现有的高TRL技术（已演示或正在积极开发）是可行的，并且能够在下一代商业着陆器上交付到表面，例如蓝色起源的蓝月亮着陆器。本文介绍了一种天线包装，放置和表面部署贸易研究，利用最近的进展，系留移动机器人正在开发中，在美国宇航局的喷气推进实验室，这是用来部署一个平面，天线嵌入式，磁带系绳与光通信和电力传输能力。
2022-09-06 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
