地面宇宙线探测实验事例的几何重建方法研究
宇宙线物理在一个多世纪以来都是物理学前沿研究的重要分支并且与天体物理、粒子物理等多个物理研究高度交叉共同发展。宇宙线物理的基本问题是宇宙线的起源、加速和传播问题，随着宇宙线物理进入精确定量研究阶段并拓展到更高能区，宇宙线三大基本问题的解决有望取得重大突破。探测高能宇宙线最有效的手段是地面直接探测实验，主要包括地面粒子探测器阵列、大气切伦科夫望远镜、大气荧光探测器等探测手段，目前多种地面探测器联合观测的复合型宇宙线探测实验也备受青睐。 地面宇宙线探测技术是通过重建广延大气簇射来反演原初宇宙线信息，宇宙线重建是测量宇宙线能谱、研究高能宇宙线源的基础。宇宙线重建主要包括芯位重建、方向重建、能量重建和成分辨别，其中芯位重建和方向重建统称为几何重建，是能量重建和成分辨别之前必须完成的前置工作。 芯位重建常用的方法主要有简单重心法，加权重心法，树形分析法，二维高斯拟合法和最大似然法函数法；本文在研究这些方法的基础上比较了这些方法的优劣并提出一种新的芯位重建方法——椭圆拟合法，在芯位重建的精度、数据利用率、计算资源消耗等综合考虑与上述几种方法相比具有一定优势.利用WCDA-I的模拟事例比较了椭圆拟合法和重心法的重建效果，对于WCDA能够探测的各能段质子事例，椭圆拟合法重建芯位的分辨率和事例利用率都显著优于重心法，尤其是对于1-10PeV的事例，其面积利用率接近重心法的2倍。在椭圆拟合法法基础上，继续挖掘其抑制噪声能力，探索出一种利用噪声分布与芯位无关这一原理的分组空间信息去噪法，并通过模拟数据确证了该算法的去噪能力，经过去噪算法迭代，重建芯位分辨率从8.44m降低到4.19m，精度有显著提高。 依据类比噪声分布不依赖芯位同时不依赖方向，结合前锋面时间分布关于芯位有对称性，提出不同于锥面修正的分区平面拟合方向重建算法，并仿照分组空间信息去噪法设计出分区时间信息去噪法；以上述四种算法为基础通过迭代实现几何重建和深度去噪的双重目的。
地面宇宙线探测;几何重建;椭圆拟合法;锥面修正
西南交通大学
硕士
理论物理
何钰
2021
中文
O572.1
2022-01-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）