Синтез радиоизображений с помощью пакета srh_synth

Установка пакета srh_synth на свой компьютер

ПО для синтеза радиоизображений СРГ написано на языке программирования Python 3, поэтому прежде чем его использовать, вам необходимо установить интерпретатор этого языка.

Если вы синтезируете изображения на одном из серверов отдела радиоастрофизики ИСЗФ СО РАН, то Продолжите чтение инструкции с раздела Синтез радиоизображений, так как у вас уже установлены все необходимые пакеты.

Установка Python 3 в Linux

В большинстве популярных дистрибутивов Linux Интерпретор Python 3 обычно установлен по умолчанию. Проверить установлен ли Python на вашей машине можно, запустив следующую команду в терминале:

python --version

или

python3 --version

Если Python установлен, то вы команда выведет версию установленного Интерпретатора. Мы рекомендуем использовать Python 3.10 или более свежую версию. Если же в вашей системе Python 3 не установлен, то установите его с помощью менеджера пакетов вашего дистрибутива. Например, в Ubuntu для этого нужно в терминале выполнить следующую команду.

sudo apt install python3

Установка Python 3 в Windows

Интерпретатор языка Python не входит в состав операционной системы Windows, поэтому его предётся устанавливать отдельно. Это можно сделать двумя способами.

1. Установить "чистый" интерпретатор Python запустив инсталятор, скачанный с официального сайта Python .
2. Установить Python в составе менеджера пакетов Anaconda и Miniconda. В первом случае вместе с интерпретаром языка будут также установлен большой набор пакетов предназначенных для научных вычислений и визуализации данных. В случае же Miniconda будет установлен только интерпретатор языка Python и менеджер пакетов conda.

Создание виртуального окружения

Мы рекомендуем установливать ПО для синтеза радиоизображений в отдельном виртуальном окружении (virtual environment), чтобы избужать конфликта зависимостей. В случае, если вы планируете использовать Python только для синтеза радиоизображений, этот шаг можно пропустить.

TO BE DONE

Установка пакета srh_synth

Пакетsrh_synth в текущей версии использует часть функций универсального пакета srhimages и устанавливается вместе с ним командой:

pip install -U "srhimages[anfinogentov] @ git+https://git.iszf.irk.ru/fedenev/srhimages"

Альтернативно можно установить пакет srhimages с полным набором опций.

pip install -U "srhimages[all] @ git+https://git.iszf.irk.ru/fedenev/srhimages"

Тогда вместе с пакетом srh_synth будет доступен также и код для синтеза изображений srhdata, разрабатываемый Марией Глоба. Если вы используете виртуальное окружение, то перед запуском команд установки его нужно активировать.

Синтез радиоизображений

Синтез радиоизображений состоит из двух этапов:

1. Калибровка коэффициентов усиления антенн - функция srh_synth.srh_calib
2. Синтез изображений - функция srh_synth.srh_synth В начале работы необходимо импортировать импортировать эти функции.

from srh_synth import srh_synth, srh_calib

Калибровка коэффицентов усиления антенн

Калибровка выполняется для заданного интервала времени. Приэтом калибруются не все изображения, а токлько некоторые. По умолчанию калибруются изображения с интервалом 5 минут. Затем полученные калибровочные коэффициенты подвергаются постобработке в ходе которой устраняются пространственные сдвиги между отдельными изображениями и выравниваются амплитуды коэффициентов усиления. Полученные калибровочные данные можно затем использовать для построения изображений внутри выбранного интервала на заданных частотах с произвольной скважностью и произвольным временем накопления.

Примеры команд для калибровки:

Калибровка для частот 6 и 6.4 ГГц для одного момента времени 2024-06-01 03:00:

calibrations = srh_calib("2024-06-01 03:00", frequency = [6000, 6400])

Калибровка наблюдений за весь день для частоты 6 ГГц:

calibrations = srh_calib("2024-06-01 00:00","2024-06-01 12:00", frequency = [6000])

Калибровка наблюдений за два часа для частоты 16 ГГц:

calibrations = srh_calib("2024-06-01 02:00","2024-06-01 04:00", frequency = [16000])

Калибровка наблюдений за весь день для частоты 3 ГГц с сохранением калибровок в файл 'calib.json':

calibrations = srh_calib("2024-06-01 00:00","2024-06-01 12:00", frequency = [3000], write_to= 'calib.json')

Калибровка данных решётки 6-12 ГГЦ для одного момента времени 2024-06-01 03:00:

calibrations = srh_calib("2024-06-01 03:00", frequency = 'SRH0612')

Полный список параметров функции srh_calib:

• start_time - начало интервала времени для калибровки, например '2024-05-14 00:30'
• stop_time - конец интервала времени для калибровки, например '2024-05-14 03:00'
• frequency - список частот, которые надо откалибровать, например [3200, 4000]. Значение по умолчанию 'all' -- калибровать все частоты, 'SRH0306', 'SRH0612', 'SRH1224' -- калибровать все частоты соответвующей решётки.
• n_proc - Количество параллельно обрабатываемых калибровок. По умолчанию 16. Если это число больше числа имеющихся в систме процессорных ядер, то этот параметр уменьшается до числа ядер в системе. При назначении числа параллельных процессов, нужно иметь ввиду, что каждый такой процесс потребляет около 1 Гб оперативной памяти.
• cadence- скважность калибровок в секундах. По умолчанию калибруются данные с интервалом в 300 с. Менять не рекомендуется.
• int_time - Время накопления в секцндах для каждого калибровочного изображения. По умолчанию 30 с. Менять не рекомендуется
• parallel - запускать калибровки параллельно в дочерних процессах. По цмолчанию True.В случае установки в False, калибровки будут выполняться последовательно в основном процессе.
• post_process - постобработка калибровок с целью устранения 'дрожания' и 'уезжания' изображений. Кроме того выравнивается амплитуда коэффициентов усиления антенн
• raw_dir - директория в которой код программа будет искать сырые данные СРГ и куда их будет скачивать при необходимости. Рекомендуется для всех своих задач использовать одну и ту же директорию на достаточно емком диске.
• db_file - имя файла с базой данных SQLite для сохранения калибровок. По умолчанию калибровки сохраняются в файл 'calibrations.db' в текущем каталоге. Обратите внимание, что в БД создайтся запись для каждой комбинации даты наблюдения и частоты наблюдения.
• write_to - имя файла для сохранения калибровок в формате JSON. По умолчанию калиброви сохраняются только в локальную базу данных SQLite.
• recalibrate - по умолчанию False: программа берёт готовые калибровки из локальной БД SQLite, если они уже делались ранее. Если вы хотите пересчитать калибровки, то установите этот параметр в True

Возвращаемое значение: Функция srh_calib возвращает словарь, в котором находятся результаты калибровки разобранные по частотным каналам и отсорторированные по времени. Данную переменную нужно использовать для синтеза изображений.

Синтез радиозображений

После выполнения калибровки можно приступать непосредственно к построению изображений.

Примеры команд синтеза рад иоизображений

Синтез изображений на двух частототах для одного момента времени с использованием калибровок, полученных функцией srh_calib:

srh_synth("2024-06-01 03:00", frequency = [6000, 6400], calibrations=calibrations)

Синтез серии изображений на одной часоте для заданного интервала времени с временным разрешением 60 секунд, используя калибровки из файла 'calib.json':

srh_synth("2024-06-01 02:30", "2024-06-01 03:30", frequency=[3000], cadence=60, calibrations='calib.json')

Синтез изображений для заданного интервала времени c накоплением 30 секунд и временным разрешением 300 секунд. Изображения сохраняться в папку "srh20240601", имена сохранённых файлов будут напечатаны в консоли:

files = srh_synth("2024-06-01 03:00", int_time=30, cadence=300, calibrations=calibrations, out_dir='srh20240601')
print(files)

Полный список параметров функции srh_synth:

• start_time - начало интервала времени для калибровки, например '2024-05-14 00:30'
• stop_time - конец интервала времени для калибровки, например '2024-05-14 03:00'
• int_time - время интегрирования для каждого изображения в секундах. По умолчанию изображения строится из одной наблюдательной записи (скана).
• cadence - скважность (временное разрешение) синтезируемых изображений. По умолчанию 0 - изображения строятся с максимально возможной скважностью.
• frequency - список частот, на которых надо построить изображения, например [3200, 4000]. Значение по умолчанию 'all' -- строить изображения на всех частотах. Данные на выбранных частотах должны быть предварительно откалиброваны функцией srh_calib
• out_dir - путить к каталогу, куда будут записаны построенные изображения. Если в данном каталоге уже имеются файлы изображений, они будут перезаписаны при совпадении имён. По умолчанию изображения записываются в текущий каталог
• raw_dir - директория в которой код программа будет искать сырые данные СРГ и куда их будет скачивать при необходимости. Рекомендуется для всех своих задач использовать одну и ту же директорию на достаточно емком диске.
• calibrations - калибровочные данные, возвращаемые функцией srh_calib, или путь к JSON файлу с сохранёнными калибровками.
• naxis - размер изображения в пикселях (по умолчанию 512)
• cdelt - размер одного пикселя в секундах дуги (по умолчанию 5.)
• save_RL- сохранять изображения в правой (R) и левой (L) круговой поляризации. По умолчанию False - сохраняется интенсивность (I) и поляризация (V).
• no_channel_dirs - не создавать подкаталоги для каждого частотного канала. По умолчанию False - подкаталоги создаются
• save_psf - сохранять диаграмму нааправленности для каждого изображения в отдельный FITS файл
• n_proc - Количество параллельно синтезируемых изображений. По умолчанию 16. Если это число больше числа имеющихся в систме процессорных ядер, то этот параметр уменьшается до числа ядер в системе.
• round_beam - использовать симметричную кргулую "чистую" диаграмму направленности при "чистке" изображений. Данная опция экспериментальная. По умолчанию False. Применения этой опции приводит к уменьшению пространственного разрешения изображения.
• high_resolution - Искусственно увеличить пространственое разрешения изображения за счёт уменьшения размера "чистой" диаграммы направленности. Данная опция эксперментальная. Ей использование имеет смысл только для заведомо компактных источников. А интерпретация полученных изображений возможна только с оговорками.
• compressed - сохранять изображения в сжатом формате FITS. По умолчанию True.
• parallel - запускать синтез изображений параллельно в дочерних процессах. По цмолчанию True.В случае установки в False, изображения будут строится последовательно в основном процессе.
• clean_weights - ДПуть к FITS файлу с радиомзображением Солнца на низкой часте, на которое нет перекрытия порядков или двухмерный numpy массив с весами, которые будут использоваться алгоритмом CLEAN при поиске точки с максимальной интенсивностью. Массив должен иметь те же размеры, что и изображение, то есть [naxis, naxis]. В случае, если в этом параметре передается путь к FITS файлу, изображеие из файла будет автоматически преобразовано в веса для CLEAN и отмасштабировано для требуемых значений NAXIS и CDELT.

Возвращаемое значение: Функция srh_synth возвращает список имен файлов синтезированных изображений.