LAMOST二维数据处理 白仲瑞 LAMOST科学巡天部 2015.7.7

提纲 二维数据处理基本流程 处理结果分析 数据的使用

一、二维数据处理基本流程

实拍焦面 LAMOST 光路示意图 光纤狭缝示意图 焦面分区示意图

蓝端相机主镜 分色镜反射率 蓝端光栅 蓝端CCD 3600 5700 5900 9000 准直镜 光纤狭缝 红端CCD 分色镜 红端光栅 红端相机主镜 光谱仪结构示意图

狭缝 光纤 二维图像 色散方向 空间方向 空间方向轮廓 光谱仪

一幅二维图像

观测光谱受很多因素影响 二维图像

光谱处理原理 𝑂 𝑖,𝜆 = 𝑂 0 𝑖,𝜆 × 𝑑 𝑠𝑘𝑦 𝜆 +𝑆𝑘𝑦 𝜆 × 𝑑 𝑡𝑒𝑙 𝑖,𝜆 ⊛𝑃𝑆𝐹+Stray+CR+Bias 图像处理之后：

1、图像处理 读文件，去除本底流量、宇宙射线、杂散光 本底流量是指CCD在没有输入光信号时产生的流量 overscan 本底流量 – 0秒曝光 1 2048 4096 4160 4128 overscan1 overscan2 左图像 右图像

宇宙射线 数字图像处理的有关方法（边缘检测，中值滤波） 左：含有宇宙线的二维图像，椭圆之内的亮斑即是 右：去除宇宙线之后的二维图像

光谱仪内部各镜面、 设备表面的反射 杂散光（均匀） 拟合没有光纤的区域 左图为二维图像局部，右图为左图中绿色部分的一维图

2、确定光纤的位置——追迹 目标曝光图像的信噪比较低，光纤中心准确度差 平场曝光图像的信噪比很高，适合光纤追迹 平场曝光图像的一行 一个峰即为一根光纤，用重心法即可得到光纤位置中心

3、流量的提取——抽谱 逐行提取 将中心两侧距离7像素以内的像素流量全部相加 图像的一行，包含了5根光纤，绿线为光纤中心，阴影区域为距离7个像素以内 提取出的一条光纤的流量，上为蓝端，下为红端

4、确定波长——波长定标 波长定标灯图像和光谱

波长定标方法 像素与波长的对应关系 多项式拟合：lg𝜆=𝑃 𝑥 天光发射线校正 一条波长定标灯谱

5、光纤效率差异的改正 渐晕、光纤透过率、光谱仪效率等造成光纤之前效率不同 光纤平场——相同的输入，得到不同的输出

6、减天光 分配多根天光采样光纤，求平均 天光谱的拟合

7、流量定标 流量标准星——F型的恒星 拟合流量定标向量T(λ) 上图：流量定标向量的拟合，上为蓝端，下为红端

改正曝光之间差异 左图：因观测条件的差异，同一个目标的两次曝光得到的光谱可能会有所差异 右图：改正曝光之间差异后，才能将光谱合并

8、光谱合并 样条函数拟合和插值 波长重新采样 Δ𝑙𝑜𝑔𝜆=0.0001 光谱的合并

二、处理结果分析 视向速度精度 减天光精度 效率比较

视向速度精度 重复观测视向速度 RV [km/s] 左图：LAMOST的重复观测，RV来自LAMOST DR2参数星表 上图：SDSS的重复观测（RV来自SSPP DR8数据库） RV [km/s]

随信噪比的分布 上图：LAMOST的重复观测 右图：SDSS的重复观测

与SDSS同源目标的视向速度比较 SSPP：empirical 7.3 km/s offset applied (Yanny et al. 2009, AJ, 137, 4377) 上图：全部与SDSS同源 右图：区分不同信噪比

与APOGEE、RAVE比较 Δ=RVDR1-RVPASTEL (Hua GAO, in preparition)

减天光精度 20130420，农历初二 5500-5560 5577 Y pixel number 7000-7200 OH lines X residual(sky fiber)/flux(sky fiber)

与SDSS减天光结果比较 LAMOST SDSS 7800 8000 8200 8400 7800 8000 8200 8400 7800 8000 8200 8400 7800 8000 8200 8400 7800 8000 8200 8400 7800 8000 8200 8400 LAMOST SDSS

𝜎= stddev 𝑓 𝑓 continua 1800秒曝光下光谱的减天光残差，蓝色为LAMOST，红色为SDSS

效率比较 正式巡天每年效率分布直方图 蓝色为g波段，红色为i波段 效率=实际接收光子数/理论接收光子数 理论接收光子数=测光星等计算的能量/单位光子能量*面积*曝光时间

三、数据的使用 流量和误差的传递 标志位的使用 需要注意的问题

数据内容 Log-lambda Flux Inverse variance Andmask Ormask

流量和误差传递 二维图像 𝑒= 𝑓+ (𝑔 𝜎 𝑟𝑑 ) 2 抽谱 𝑓= 𝑓 1 +⋯+ 𝑓 𝑛 , 𝑒= 𝑒 1 2 +⋯+ 𝑒 𝑛 2 𝑒= 𝑓+ (𝑔 𝜎 𝑟𝑑 ) 2 抽谱 𝑓= 𝑓 1 +⋯+ 𝑓 𝑛 , 𝑒= 𝑒 1 2 +⋯+ 𝑒 𝑛 2 除平场、流量定标、流量改正（凡是乘除都类似） 𝑓= 𝑓 𝐿 , 𝑒= 𝑒 𝐿 减天光 𝑓=𝑓− 𝑓 𝑠 , 𝑒= 𝑒 2 + 𝑒 𝑠 2

假设设原波长点为 𝜆 1 ,⋯, 𝜆 𝑛 ，新采样点 𝜆 𝑚 ‘ 的误差计算： 光谱合并，流量由样条函数拟合出来 假设设原波长点为 𝜆 1 ,⋯, 𝜆 𝑛 ，新采样点 𝜆 𝑚 ‘ 的误差计算： 波长在 𝜆 𝑚−1 ‘ + 𝜆 𝑚 ‘ 2 ， 𝜆 𝑚 ‘ + 𝜆 𝑚+1 ‘ 2 范围内的k个点 假设新采样点的流量是这些点的算术平均，那么 𝑒= 𝑒 1 2 +⋯+ 𝑒 𝑘 2 𝑘 无论哪一步，都有 𝑖𝑛𝑣𝑣𝑎𝑟= 1 𝑒 2 ，𝑆𝑁𝑅= 𝑓 𝑒 =𝑓𝑙𝑢𝑥∗ 𝑖𝑛𝑣𝑣𝑎𝑟

标志位 mask 标志位为二进制数，每一位代表一个种类，标1为坏，将二进制数转为十进制写入FITS文件 1010000 B = 80 1 BADCCD # bad pixel on CCD 2 BADPROFILE # bad profile in extraction 3 NOSKY # no sky information 4 BRIGHTSKY # sky level too high 5 BADCENTER # fiber trace out of the CCD 6 NODATA # no good point 7 COSMICRAY # cosmic ray

andmask 和 ormask 假设有3次曝光，新采样点 𝜆 𝑚 ‘ 由原采样点 𝜆 1 , 𝜆 2 , 𝜆 3 合并而来，那么 原采样点mask andmask ormask 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1

数据使用中的问题 需要注意的波段 天光发射线 水汽吸收带 拼接区 4358,5460,5577,6300,6363,… 6850-6960, 7150-7350, 7560-7720, 8105-8240 拼接区 5700-6000

非均匀杂散光 一般来自不明光源 同一天区，连续多条光谱出现相同特征，一般为宽发射线

网址 http://lamostss.bao.ac.cn/2d/

谢谢！