从模拟的 FAST 强度图中恢复 21 厘米信号

中性氢(HI)的 21 厘米强度映射(IM)是探测大尺度结构的一种有前景的工具。21 厘米强度的天空图会受到不同前景的重度污染，例如银河系同步辐射、自由-自由发射、河外点源以及大气噪声。我们在此给出一种前景成分模型及一种去除方法，尤其用于量化五百米口径球面射电望远镜(FAST)测量 HI IM 的潜力。我们考虑 1 年观测时间、巡天面积 $20,000\,{\rm deg}^{2}$，以捕获相对于 HI 信号在天空位置和角尺度上前景的显著变化。我们首先模拟观测天空，然后采用主成分分析(PCA)前景分离技术。我们表明，在包含不同前景、热噪声与 $1/f$ 噪声的情况下，重建的 21 厘米 IM 图与输入纯 21 厘米信号之间的标准偏差为 $\Delta T = 0.034\,{\rm mK}$，处于良好受控状态。基于本征模的分析表明，底层 HI 本征模仅占总天空成分不到 $1\%$ 的水平。通过从总图中减去 PCA 清洗后的前景+噪声图，我们表明 PCA 方法能以高精度恢复 FAST 的 HI 功率谱。