基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的圖像分類研究及其在脈沖星候選體識別中的應用

　　FAST的科學目標眾多，總結(jié)起來，主要包括以下6個方面：一是巡視宇宙中的中性氫，研究宇宙大尺度物理學，探索宇宙起源和演化；二是觀測脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；三是主導國際甚長基線干涉測量網(wǎng)，并獲得天體超精細結(jié)構(gòu)；四是探測星際分子，研究恒星形成與演化、星系核心黑洞以及探索太空生命起源；五是搜索星際通信信號，搜尋地外文明；六是其他應用領(lǐng)域。FAST將把我國深空測控及通信能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣行星，能使目前我國的深空通信數(shù)據(jù)下行速率提高100-1000倍，強有力地支持我國未來載人航天、探月和深空探測計劃，還能應對深空飛行器在快速工程變軌和著陸時的測控需求；觀測電離層對衛(wèi)星和射電源信號的閃爍，研究電離層不均勻的時空結(jié)構(gòu)，為我國軍民兩用通信和衛(wèi)星定位服務(wù)；觀測行星際閃爍（IPS）和法拉第旋光現(xiàn)象，跟蹤探測日冕物質(zhì)拋射事件，了解太陽風的行星際傳播，服務(wù)太空天氣預報，等等。在眾多科學目標中，尋找脈沖星是FAST早期的主要科學目標之一。新脈沖星的發(fā)現(xiàn)以及利用FAST對這些新脈沖星進行后續(xù)跟蹤觀測，可提供解決廣義相對論檢驗、銀河系中心黑洞探索、銀河系星際介質(zhì)探測、中子星內(nèi)部物態(tài)探測等物理學基本問題的新手段。脈沖星是一種高度磁化的旋轉(zhuǎn)中子星，它具有體積小、密度大且能發(fā)射電磁輻射等特點。脈沖星的發(fā)現(xiàn)在物理和天文學領(lǐng)域都有著重要的意義。目前，F(xiàn)AST主要采用基于特征篩選的脈沖星候選體識別方法并發(fā)現(xiàn)了160余顆新脈沖星。脈沖星候選體數(shù)據(jù)集具有極端非平衡性特征，因此給候選體識別帶來了極大的困擾。以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的深度學習模型雖然在圖像識別領(lǐng)域展現(xiàn)出驚人的能力，但面對非平衡脈沖星候選體數(shù)據(jù)集時表現(xiàn)出一定程度的模型偏移（偏向多數(shù)類）。針對不平衡數(shù)據(jù)的分類問題，目前較為常見的有改進損失函數(shù)和重平衡數(shù)據(jù)集兩種途徑；另外，少數(shù)類樣本的多樣性缺乏也是脈沖星候選體識別面臨的主要困境。生成對抗網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為脈沖星候選體識別提供了有效途徑。它可以從已有的樣本學習到樣本的分布，并生成新的樣本。因此，《基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的圖像分類研究及其在脈沖星候選體識別中的應用》擬從改進損失函數(shù)和利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)的生成能力兩個方面解決脈沖星候選體數(shù)據(jù)集面臨的非平衡問題以及少數(shù)類樣本多樣性缺乏的問題。

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