NVST光栅光谱仪成谱成像数据处理研究

The proposal will systematically study high precision imaging spectroscopy processing methods for the observation data of the slit scanning grating-spectrograph installed in the New Vacuum Solar Telescope (NVST) at Fuxian Lake. The data processing solution will be provided based on measuring the error of the observation data ，analyzing the error source and error mechanism. We aim to exploit the observation ability of the equipment and promote the development of NVST. Our purpose is to provide high quality scientific data for the solar astronomer, and improve scientific products. The project will study in four areas deeply followed our previous work: spectral data preprocessing, one-dimensional data processing, two-dimensional spectral imaging data processing and methods optimization for different observation mode data. The major contents include spectral flat field correction, geometric correction, frequency shift, improvement of SNR, measurement and correction of asymmetric instrument profile, improvement of spatial resolution of spectral imaging, and so on. The characteristics and innovations of this proposal include the establishment of spectral synthesis flat field by items separation method, the improvement of signal - to - noise ratio by the Principal Component Analysis, and the reconstruction of two dimensional monochromatic image with synchronization image of photosphere. The research can not only be applied directly to the NVST spectrometers, but also provide reference for the future data processing of large-scale solar observation equipment.

本申请将系统性地研究抚仙湖一米新真空太阳望远镜（NVST）光栅光谱仪狭缝扫描成谱成像数据的高精度处理方法。通过全面测量NVST光谱仪数据中的误差并分析其来源和机制，针对性地研究相应的数据处理解决方案，从而充分挖掘设备的能力，推动NVST的发展。最终目的是为太阳物理学家提供优质的科学数据，提高科学产出。项目将基于前期大量的工作，在四个方面开展深入的研究：光谱数据的预处理、一维成谱数据处理、二维成谱成像数据处理和不同观测模式下数据处理方法的优化。内容包括光谱图像平场改正、几何改正、频漂改正、光谱信噪比提高、不对称仪器轮廓的测量和改正、成谱成像的空间分辨率的改善等。特点和创新点包括：用逐项分离法建立光谱综合平场、用主成分分析法技术提高信噪比、用光球同步像重建二维光谱的单色像。研究成果不仅可以直接应用于NVST光谱仪，同时也为我国未来大型太阳观测设备同类仪器的数据处理提供借鉴。

经过四年的研究工作，已经按照计划完成了原定任务书相关要求。按照研究任务书，本项目系统性地研究了抚仙湖一米新真空太阳望远镜（NVST）光栅光谱仪的狭缝扫描成谱成像观测数据高精度处理方法。通过全面测量NVST光谱仪观测数据中误差并分析误差源和误差机制，针对性地研究数据处理解决方案，从而充分挖掘设备的观测能力，推动NVST的发展，为太阳物理学家提供优质的科学数据，提高科学产出。按照计划，项目在四个方面开展深入的研究：光谱数据的预处理、一维成谱数据处理、二维扫描成谱成像数据处理和数据处理方法的优化。在光谱数据的预处理方面，完成了NVST 光谱的平场处理方法、NVST光谱序列图像处理、线轮廓波长定标和精细预处理的结果分析等四项内容；为提高一维光谱分辨率，研究了如何测量和改善仪器轮廓在狭缝和色散方向的卷积效应。在二维扫描成谱成像数据处理完成了NVST二维扫描光谱Level1合成方法研究，并探讨了Level1+处理方法；在数据处理方法的优化方面，采用了无监督机器学习中的主成分分析方法，对NVST数据进行了降噪和压缩处理。经过本项目的研究，已经完成了一整套完整的NVST光谱的数据处理方法。