行进扫描(On the fly mapping,简称OTF)是射电天文中的一种观测技术。对于大天区展源,这是一种高效的观测方法,相比定点观测拼接的观测方法,行进扫描可以节约观测时间(“换源”的时候也在观测),并且可以保证观测过程中望远镜增益稳定,保证观测数据的质量。
行进扫描观测让望远镜波束沿一定轨迹对一个天区进行扫描,扫描的过程中以较高的采样率记录数据以及波束的指向。随后,数据处理过程中将这些数据序列处理为整个天区的二维(x-y)或三维(x-y-v)数据。所以,行进扫描的关键是高速(积分0.1秒或更短记录一次数据)记录数据以及通过数据处理还原数据。其中后一部分是重中之重。
原则上,还原数据是一个反卷积的过程,但反卷积计算量大,并且可能不收敛。对于实际感兴趣的星际介质研究,展源的强度在空间上是缓变的,所以可以通过对(冗余)采样的数据进行平滑,近似还原数据。操作的关键是平滑函数的选取。
但是在实际观测中,行进扫描需要考虑的问题很多,比如扫描轨迹、扫描速度、坐标投影等。和其它观测一样,行进扫描要考虑的一个最重要的指标是灵敏度。行进扫描的灵敏度和单此积分时间(TSAM)、卷积核(平滑函数)、扫描速度(R)以及冗余采样率(NOS)有关。而扫描速度和单次积分时间(TSAM)、冗余采样率(NOS)以及波束(在扫描方向的)半高全宽(BX)有关,具体来说
R=BX/(NOS*TSAM) arcminutes/sec
在实际观测一片天区的时候,在天区边缘,观测时天区外的点也会有贡献,所以实际观测的时候望远镜需要对天区外的一部分区域也进行扫描,这些区域的数据在数据处理时会用到。简单地说,最终处理完的数据的天区比实际观测的天区小一些。
行进扫描的原始数据通常分布在不规则的网格点上,因此数据处理的一个重要步骤就是将数据重新网格化(regrid),也就是之前提到的对数据做平滑。FCRAO提供了四个平滑函数,
Jinc(2PI x/a)exp(-(2x/b)^2)Jinc(3.83170 x/RMAX)
a=1.1, b=4.75, RMAX=3
sinc(2PI x/a)exp(-(2x/b)^2)
a=1.1, b=4.75
sinc(2PI x/a)
exp(-4ln2(x^2))
基本原则是使噪声最小同时又保持空间分辨率(Brewer 1997;Mangum et al 2000)。
参考资料
http://www.astro.umass.edu/~fcrao/library/manuals/otfmanual.htmlhttp://donald.astro.umass.edu/~fcrao/observer/otfcalc.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-117333-659403.html
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