一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法，包括5个步骤，利用现有的信噪比高的光谱(或者理论模板)确定好合理的连续谱，对待测光谱与这些光谱进行拟合，找到最佳匹配，然后利用信噪比高的光谱(或者理论模板)的连续谱作为待测光谱的连续谱。本发明专利技术属于天体光谱处理技术领域，具体是提供了一种操作简单、稳定性佳、实用性强、准确度高的基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法。

Automatic matching method for low resolution star continuous spectrum based on template matching

The invention discloses an automatic fitting method of low resolution stellar continuous spectrum based on template matching, which comprises five steps. The reasonable continuous spectrum is determined by using the existing spectrum with high signal-to-noise ratio (or theoretical template), the measured spectrum is fitted with these spectra to find the best match, and then the spectrum with high signal-to-noise ratio (SNR) is used. The continuous spectrum of the theoretical template is used as the continuous spectrum of the spectrum to be measured. The invention belongs to the technical field of celestial spectral processing, in particular to provide an automatic fitting method of low resolution continuous spectrum of stars based on template matching, which is simple in operation, good in stability, strong in practicability and high in accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法
本专利技术属于天体光谱处理
，具体是指一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法。
技术介绍
目前全世界已经有大量的恒星光谱，特别是近些年来开展的光谱巡天项目提供了大量数据支持，例如美国的斯隆望远镜(SDSS)和中国的郭守敬望远镜(LAMOST)，SDSS恒星巡天项目SEGUE已经向全世界公开了20多万条的低分辨率(分辨率为2000)恒星光谱数据，LAMOST的巡天任务还在执行，目前公开了500多万条低分辨率(分辨率为1800)恒星数据。计算恒星光谱的连续谱对于恒星分类、谱线分析等是非常重要的一个步骤，连续谱的好坏直接影响到光谱分析的结果。如此大量的光谱，监测分析人员无法通过传统的方法人工一条一条的去计算，如何能快速的、稳定的计算一个可靠的低信噪比恒星光谱就显得尤为重要。现有连续谱拟合方法主要包括利用低阶多项式拟合连续谱方法、基于统计窗的恒星连续谱拟合方法和基于选点的拟合连续谱方法。下面对上述三种常规方法进行简要介绍和弊端分析：1)利用低阶多项式拟合连续谱方法，一般恒星的连续谱是一个近似的黑体谱，可以用一个低阶多项式来近似。此方法是通过迭代的方法，利用低阶多项式拟合光谱，然后去掉光谱上与多项式距离比较远的点，一般采用大于2倍或者3倍标准差sigma作为距离较远的定义后，再次多项式拟合，如此迭代，直到没有较远的点为止。如图5所示，此时的低阶多项式为恒星光谱的连续谱。此方法的主要想法是通过去掉距离远的点，去掉光谱上的谱线，留下位于连续谱的点进行拟合。它没有很好的考虑到对于波长覆盖比较长的低分辨率光谱不同位置的谱线高度的不同，对于一整条光谱，使用统一的规则判定哪些点距离远，会出现谱线深的地方没有去把谱线去干净，这样使得最终通过多项式拟合的连续谱会偏向谱线方向，与光谱的伪连续谱存在差距。2)基于统计窗的恒星连续谱拟合方法，此方法同样还是利用低阶多项式进行拟合，但将一条光谱分解成多个部分，每个部分称为一个统计窗又。对于每个窗又的光谱进行单独统计，定义哪些点为距离比较远的点。然后去掉距离比较远的点再拟合，迭代出没有比较远的点为止，低阶多项式为此恒星光谱的连续谱。此方法主体思想同利用低阶多项式拟合连续谱方法，对于光谱的不同波长处，改进了使用统一的谱线判别标准，对不同处的光谱区别对待。但是对于具有比较宽的吸收带的恒星光谱，此方法会存在连续谱被低估的情况。因为当恒星温度偏低的时候，光谱上会出现由分子主导的连续吸收带，而吸收带是一个比较宽的、强度不是很强的吸收区域，该区域流量低于连续谱。对于这部分光谱，无法以统计的办法把这部分的所有点都去掉，这就导致了利用多项式拟合连续谱时会出现连续谱被低估的情况。3)基于选点的拟合连续谱方法，通过程序自动的选取光谱中一些点，对这些点进行低阶多项式拟合生成恒星连续谱。选点的准则是此点接近或位于光谱连续谱上。在选取点时，尽量选取一段平滑的区域，也就是谱线比较少的地方。选取点的好坏直接影响连续谱的准确性。此方法可以有效的避开光谱中的谱线位置，包括吸收线、发射线和吸收带。对于信噪比比较高的一般光谱能够比较好的估计恒星光谱的连续谱。但是，此方法的稳定性非常差，对光谱的质量要求比较高。首先拿LAMOST光谱举例，光谱位于蓝端(波长位于390-450纳米)的区域，谱线非常密集，还可能会存在吸收带的情况，选点的情况比较复杂。恒星光谱中还有可能存在发射线也增加了选点的难度。最重要的，对于信噪比低的、光谱质量不好的光谱、非常见类型的光谱，选点的方法很容易出现失误。由于选择点有限，出现失误则整个连续谱都是错误的。在大规模光谱巡天中，会出现很多低信噪比的光谱，此方法无法适用。
技术实现思路
为解决上述现有难题，本专利技术提供了一种操作简单、稳定性佳、实用性强、准确度高的基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法。本专利技术采取的技术方案如下：本专利技术基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法，包括如下步骤：1)下载数据库中不同恒星参数(Teff，logg，[Fe/H])的Kurucz模板光谱；2)在步骤1)所述的模板光谱上选取位于连续谱上的点；3)利用B样条函数，拟合选择出来的点，对整个光谱波长范围进行插值；若B样条函数结果不是非常理想，则通过增加、减少选择的点或改变点的位置调节；4)对待测光谱处理，首先进行模板匹配，找到与待测光谱最接近的模板；由于待测光谱的流量值与模板光谱流量值存在尺度上的差异，通常相差一个倍数；且待测光谱受到星际消光等影响，存在一定的红化，或者待测光谱在做(相对)流量定标的时候，存在定标误差等等，在待测光谱与模板匹配的过程中，需要增加一个多项式进行调节，即匹配待测光谱与模板光谱*P(5)；P(5)为一个波长为自变量的5次多项式；匹配可以使用K平方的方法进行匹配；5)利用最佳匹配的模板的连续谱乘以步骤4)拟合的多项式作为待测光谱的连续谱；即待测光谱的连续谱＝通过人工选点B样条插值的连续谱(最佳匹配模板)*P(5)。进一步地，步骤2)中在模板光谱上采用手动点点的方式选取位于连续谱上的点。采用上述结构本专利技术取得的有益效果如下：本方案基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法利用现有的信噪比高的光谱(或者理论模板)确定好合理的连续谱，对待测光谱与这些光谱进行拟合，找到最佳匹配，然后利用信噪比高的光谱(或者理论模板)的连续谱作为待测光谱的连续谱。本方法具有很高的稳定性，本方法在拟合最佳模板的过程中，引入了多项式成分，使得光谱受到定标、信噪比、红化等影响的时候，其使光谱连续谱变形的低阶成分能够体现在多项式中，从而其形变的成分能够传递到已求得的连续谱上。这样做的好处是，在海量观测的光谱中，有的光谱会出现监测分析人员未曾预料的形状改变，但对于这种光谱，监测分析人员依然可以给出合理的连续谱估计。本专利技术合理的考虑了光谱噪声对连续谱的影响。如图4所示，待测光谱存在噪声，但通过和最佳匹配模板的对比，可以很清晰的分辨噪声对真实流量的影响。我们通过利用模板的连续谱来估计待测光谱的连续谱，可以更加准确的反应待测光谱的流量信息。利用此连续谱对待测光谱进行谱线分析，会得到更加准确的结果。附图说明图1为本专利技术操作流程示意图；图2为本专利技术流程模块图；图3本专利技术一种实施例在选取连续光谱上的点时的示意图；图4为本专利技术一种实施例的待测光谱和最佳匹配模板示意图；图5为现有技术利用低阶多项式拟合连续谱方法操作流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施对本专利的技术方案作进一步详细地说明，本专利技术所述的技术特征或作用原理没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。以下结合附图，对本专利技术做进一步详细说明。如图1-2所示，本专利技术基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法，包括如下步骤：1)下载数据库中不同恒星参数(Teff，logg，[Fe/H])的Kurucz模板光谱；2)在步骤1)所述的模板光谱上选取位于连续谱上的点，如图3所示；3)利用B样条函数，拟合选择出来的点，对整个光谱波长范围进行插值；若B样条函数结果不是非常理想，则通过增加、减少选择的点或改变点的位置调节，直到满意为止；4)对待测光谱处理，首先进行模板匹配，找到与待测光谱最接近的模板；由于待测光谱的流量值与模板光谱流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：1)下载数据库中不同恒星参数(Teff，logg，[Fe/H])的Kurucz模板光谱；2)在步骤1)所述的模板光谱上选取位于连续谱上的点；3)利用B样条函数，拟合选择出来的点，对整个光谱波长范围进行插值；若B样条函数结果不是非常理想，则通过增加、减少选择的点或改变点的位置调节；4)对待测光谱处理，首先进行模板匹配，找到与待测光谱最接近的模板；由于待测光谱的流量值与模板光谱流量值存在尺度上的差异，通常相差一个倍数；且待测光谱受到星际消光等影响，存在一定的红化，或者待测光谱在做流量定标的时候，存在定标误差等等，在待测光谱与模板匹配的过程中，需要增加一个多项式进行调节，即匹配待测光谱与模板光谱*P(5)；P(5)为一个波长为自变量的5次多项式；匹配可以使用K平方的方法进行匹配；5)利用最佳匹配的模板的连续谱乘以步骤4)拟合的多项式作为待测光谱的连续谱；即待测光谱的连续谱＝通过人工选点B样条插值的连续谱(最佳匹配模板)*P(5)。

【技术特征摘要】
1.一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：1)下载数据库中不同恒星参数(Teff，logg，[Fe/H])的Kurucz模板光谱；2)在步骤1)所述的模板光谱上选取位于连续谱上的点；3)利用B样条函数，拟合选择出来的点，对整个光谱波长范围进行插值；若B样条函数结果不是非常理想，则通过增加、减少选择的点或改变点的位置调节；4)对待测光谱处理，首先进行模板匹配，找到与待测光谱最接近的模板；由于待测光谱的流量值与模板光谱流量值存在尺度上的差异，通常相差一个倍数；且待测光谱受到星际消光等影响，存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋轶晗，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11