[发明专利]一种基于模板匹配的低分辨率恒星连续谱自动拟合方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于天体光谱处理技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述现有难题，本发明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。