一种缓解未建模时变系统误差影响的贝叶斯方法用于 21 厘米宇宙学实验

对来自宇宙黎明和再电离时期的中性氢信号的射电观测有助于约束首批恒星与星系的性质。由于来自宇宙黎明的这一全局 21 厘米 宇宙学信号在观测时间尺度上基本恒定，且系统误差导致的影响会随时间变化，因此无需系统误差模型即可缓解这些系统误差的影响。我们提出一种方法，使用平方指数高斯过程核以完全贝叶斯方式解释时间 bin 间的相关性，从而处理 21 厘米射电宇宙学实验中未建模的时变系统误差。我们通过改变模拟系统误差的模型参数发现，高斯过程方法通过在有系统误差时拓宽后验并减小平均拟合参数的偏差，提升了恢复信号参数的能力。当将模型正弦系统误差的幅度在 21 厘米 信号幅度的 0.25 至 2.00 倍之间、周期在信号宽度的 0.5 至 4.0 倍之间变化时，我们发现拟合信号的根均方误差平均改善 5%。我们可以利用拟合的高斯过程超参数识别数据中系统误差的存在，证明了该方法作为诊断工具的效用。此外，我们可使用高斯过程回归计算残差随时间的均值拟合，为建立时变系统误差模型提供依据。