引力波光学对应体快速搜索与智能证认研究

The successful detection of gravitational wave (GW) opens a new window for astronomical observation which plays a significant role in research of GW origin and cosmology evolution. However, current GW detectors cannot be able to provide precise localization of the GW generator. It is a challenge to search the fast darkening optical counterpart from large sky area of its GW localization error. We propose to carry out research on the key technologies of observation strategy, intelligent search and identification, intelligent network, and building a robotic observation and data processing system. The deep machine learning and intelligent task scheduler technologies are proposed to be used to make our system intelligent and fast in search GW optical counterpart. The technologies developed by our work will be employed in practical observation of 1.2-m telescope in Jilin. The successful rate of observation is expected to be more than 90% with our robotic system under the observation condition permission. Those technologies will provide good reference to transient search in ToO observation mode of SVOM mission. They can also be suitable for other project with similar scientific goal.

引力波探测对引力波起源和宇宙演化研究具有重要的科学意义。从引力波探测器给出的上百平方度大范围天区中快速搜索和证认出光度迅速衰变的光学对应体是科学和技术难题。本项目提出解决自动响应引力波触发信号执行优化观测并实时完成引力波光学对应体智能搜索证认问题。利用吉林1.2米望远镜的大视场（2.1平方度）优势。重点开展观测搜索策略、实时筛选与智能证认、智能网络接收与触发，及高效协调的自动观测处理系统研究。重点突破基于指向权重技术的拼铺视场观测算法、目标快速筛选与智能证认等关键技术。进一步将深度机器学习、智能任务调度等智能算法，集成搭建高效自动的光学对应体观测筛选证认系统，实现引力波光学对应体快速智能检出。该技术将应用于吉林望远镜进行实际观测验证，在客观条件许可下，有效观测引力波触发事件达90%以上。该研究技术可为SVOM项目及后随观测望远镜TOO观测提供重要技术支撑，同时，也可推广到类似科学目标观测。

本项目主要针对引力波光学对应体智能搜索证认的问题，以吉林1.2米望远镜的大视场(2.1平方度)为实验观测设备，开展引力波光学对应体的观测搜索策略、实时筛选与智能证认、快速稳定的网络接收与触发，及高效协调的自动观测处理系统等四个方面内容的研究。通过研究，提出以固定网格划分天区与星系属性、探测器特性、天气等多种因素相结合的权重计算优化搜索策略，既考虑权重的优先级又兼顾观测模板的使用,得到较优的筛选效果；利用机器学习中的随机森林和CNN算法实现对图像中暂现目标的搜索,以加权TCN-XGBOOST算法对时域多色光变曲线的证认分类，相较于同类算法识别准确率提高约5%；基于ZeroMQ协议的警报通讯链路实现信息的快速稳定传输；基于嵌入式数据库SQLite支持下的观测调度系统具有稳定可靠、轻便易维护、移植简便等特点。本项目研究的这些技术成果验证和应用于吉林观测站1.2米望远镜，并建立了高效协调的观测筛选证认系统，为O4阶段的引力波光学对应体的自动智能实时检出和证认提供了重要技术支撑。项目执行期间，响应观测了部分O3引力波事件警报和GCN上的GRB警报，相关结果发布到GCN报文中。