基于线指数的核偏最小二乘回归在恒星大气物理参数测量中的应用.pdf

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1、第34卷，第3期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．3，pp833—8372014年3月SpectroscopyandSpectralAnalysisMarch，2014基于线指数的核偏最小二乘回归在恒星大气物理参数测量中的应用王杰，潘景昌，谭鑫山东大学(威海)机电与信息工程学院，山东威海264209摘要恒星大气物理参数(有效温度、表面重力、化学丰度)的自动测量是天体光谱数据自动处理中的一项重要内容。由于光谱数据的高维性的特点，处理运算量非常大，对于光谱的实时分析及处理会造成延误。文章提出了一种基于Lick线指数，利用核偏最小二乘回归(K

2、PLsR)对恒星大气物理参数进行测量的方法。可以有效地减少运算量并可达到理想的准确率。首先计算Kurucz合成光谱的Lick线指数，利用核偏最小二乘回归方法建立Lick线指数与大气物理参数之间的核回归模型，并利用DR8实测光谱数据对得到的模型进行测试，将测试的结果与SEGUESSPP提供的大气物理参数进行了对比，取得了比较好的效果。此外，为了检验噪声对参数测量的影响，本文还对Kurucz光谱分别加了信噪比为1O，2o，3O，4O，5o，70，90，120的高斯白噪声，对得到的不同信噪比的Kurucz数据进行了测试，实验结果表明，核回归模型

3、对噪声比较敏感，光谱数据的信噪比越高，其大气物理参数的预测精度越高。提出的基于线指数建立核偏最小二乘回归模型的方法运算量小，训练速度快，适合用于恒星大气物理参数的测量。关键词Lick线指数；核偏最小二乘回归(KPLSR)；恒星物理参数中图分类号：P145．4文献标识码：ADOI：10．3964~．issn．1000～0593(2014J03—0833—05指数，利用核偏最小二乘回归测量恒星物理参数的方法。引言1背景介绍随着LAMOSTc、sDSSl4]等大规模巡天望远镜的实施，产生了海量的光谱数据，这对光谱的快速有效处理提出1．1Lick

4、线指数了更高的要求。恒星大气物理参数的自动测量就是天体光谱Lick／IDS线指数(简称Lick线指数)是通过恒星光谱观数据自动处理中的一项重要内容。测定义的25条光学波段的吸收线指数，包括19条原子吸收恒星大气物理参数与光谱之间具有非常复杂的非线性关线指数和6条分子吸收线指数，是目前最常用的一套线指数系，目前利用非线性回归方法提取大气物理参数的研究也有系统。Lick线指数定义了光谱吸收谱线的中心波长以及蓝、很多，比如，使用人工神经网络方法构建非线性回归模红两端连续谱波段的起止波长，覆盖了4000~6400A波段型_5]，采用核方法建立恒星

5、光谱到其物理参数的非线性回归范围，是相对较宽的光谱特征。每条线指数包含了大量的不模型等，但这些方法都是基于光谱的流量对物理参数进行测同元素的吸收特征，并以线指数所在波段内最突出的吸收线量，由于光谱数据的维数很高，需要经过一系列的预处理，来命名。运算量非常大。Lick线指数的计算方式有两种吲，其中19条原子吸收核偏最小二乘回归(kernelpartialleastsquaresregres—线指数是以等值宽度的方式计算sion，KPLSR)是基于核函数的非线性回归方法，可以反映自EW—JI，1一1(1)变量与因变量之间复杂的非线性关系。该方

6、法利用核函数能a1d，够拟合光滑、连续的曲线的特点，将非线性问题转化为拟线另外6条分子吸收线指数以星等的形式计算性问题，在整体拟合上达到了较高的精确度【6]。考虑到光谱数据的高维性，本文提出一种基于Lick线Mag—z．5l0g『()](2)收稿日期：2013—04—22，修订日期：2013—08—11基金项目：国家自然科学基金项目(11078013)资助作者简介：王杰，1990年生，山东大学(威海)机电与信息工程学院硕士研究生e-mail：wanie199O923@163．tom*通讯联系人e-mail：pjc@sdu．edu．cn83

7、4光谱学与光谱分析第34卷pM其中，和分别为中心波段起止波长，Fn和Fd分别表示7．Y一+届,tK在中心波段的单位波长的光谱流量与伪连续谱的流量。t=1Z一0(＼)，㈤有关Lick线指数的完整定义及描述见参考文献[8—103。1．3．2利用核回归模型计算测试数据的物理参数1．2核偏最小二乘回归(KPLSR)计算需要测试的光谱数据的Lick线指数，代入上一步核偏最小二乘回归(kernelpartialleastsquaresregres—得到的核回归模型即可得到测试光谱的物理参数。sion，KPISR)是解决非线性问题的一种方法l1，其关键

8、技术在于借鉴非线性模型的线性化思想，采用核函数作为变换2实验部分基函数，将自变量与因变量之间的未知非线性关系按照各维自变量对因变量的拟线性关系相加展开，再利用偏最小二乘‘本文针对三个大气物理参