（计算机应用技术专业论文）基于ucac2星表的索引数据库的设计与实现.pdf

原创性声明 丫llfl11ffltf7llih9il(iflfliiif8iflf8lli2ifu 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做m 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：耳垃 日期：御职加 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：芈导师签名：互丝日 期：塑塑：堡塑 2 1 1 星表的概念5 2 1 2 恒星的亮度、星等、光度5 2 1 3 恒星的位置及运动参数7 2 2u c a c 2 星表简介7 2 3u c a c 2 星表的文件组织8 2 4u c a c 2 星表的数据结构9 2 4 1 文件z 0 0 1 - - z 2 8 8 9 2 4 2 文件u 2 i n d e x d a 1 4 2 5u c a c 2 星表的访问方式1 5 第3 章星表多索引自动生成系统的设计1 7 3 1 系统设计的思想及意义1 7 3 2 索引结构的设计1 7 3 2 1 索引的介绍分析1 7 3 2 2 原始索引文件18 3 2 3 两级索引结构的设计1 9 3 2 4 多索引系统设计2 0 3 3 动态索引的生成2 2 3 3 1 选择索引项2 2 3 3 2i o 读写文件2 2 3 3 3 多线程2 3 3 4 动态缓存管理2 8 i 山尔人学硕 学位论文 3 5 1 缓存桶的设定2 8 3 5 2 基于c j f f 的动态内存管理2 7 3 5 两级访问接口的实现2 8 3 5 1c o m 接r 原理2 8 3 5 2 c o m 接口的实现31 3 5 本章小结3 2 第4 章星表多索引自动q i 成系统的实现3 3 4 1 丌发环境3 3 4 2 系统的设计与实现3 3 4 2 1 系统设计3 3 4 2 2 系统实现3 5 4 3 实验结果及分析3 7 4 4 本章小结4 0 第5 章总结4 l 参考文献4 2 附录4 5 致谢4 7 山东大学硕十学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c h a p t e r1p r e f a c e 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2t h er e l a t e dp r o b l e m s 1 1 3r e s e a r c hs t a t u sa n d p r o b l e m s 2 1 4r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 3 c h a p t e r2u c a c 2c a t a l o g 5 ：! 1 c a t a l o g 5 2 1 1t h ec o n c e p to fc a t a l o g 5 2 1 2t h eb r i g h t n e s s ，m a g n i t u d e ，a n du m i n o s i t yo ft h ec a t a l o g 5 2 1 3t h ep o s i t i o na n dm o t i o np a r a m e t e r so fs t a r s 7 2 2u c a c 2 c a t a l o g 7 2 3u c a c 2 sf i l eo r g a n i z a t i o n 8 2 4u c a c 2 sd a t as t r u c t u r e 9 2 4 1f i l e sz 0 0 1 - - z 2 8 8 9 2 4 2f i l eu 2 i n d e x d a 14 2 5t h ea c c e s sm e t h o dt ou c a c 2 11 ； c h a p t e r3t h ed e s i g no f t h em u l t i - i n d e xa u t o m a t i cg e n e r a t i n gs y s t e m 17 3 1n ei d e a sa n ds i g n i f i c a n c eo fs y s t e m sd e s i g n i n g 17 3 2t h ed e s i g no fi n d e xs t r u c t t a e 17 3 2 1t h ei n d e x 17 3 2 2t h eo r i g i n a li n d e x 18 3 2 3t h ed e s i g no f t w ol e v e li n d e xs t r u c t u r e 19 3 2 4t h ed e s i g no f t h em u l t i i n d e xs y s t e m 2 0 ：；3d y n a m i ci n d e x sg e n e r a t i o n 2 2 3 - 3 1c h o o s i n gt h ei n d e xe n t r y 2 2 3 3 2i 0r e a d i n ga n dw r i t i n g 2 2 ：；：；3m u l t i t h r e a d 2 3 3 4 d y n a m i cb u f f e rm a n a g e m e n t 2 8 i i i 山东大学硕十学侍论文 3 5 1t h es e t t i n go fb u f f e rb u c k e t 2 8 3 5 2d y n a m i cb u f f e rm a n a g e m e n tb a s e do n c 撑一2 7 3 5t h er e a l i z i n go f t w o - l e v e la c c e s si n t e r f a c e 2 8 3 5 1c o mi n t e r f a c ep r i n c i p l e 2 8 3 5 2t h er e a l i z i n go fc o mi n t e r f a c e 31 3 6c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 3 2 c h a p t e r4t h er e a l i z i n go fm u l t i i n d e xa u t o m a t i cg e n e r a t i n gs y s t e m 3 3 4 1d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 3 3 4 2t h ed i s i g n n i n ga n dr e a l i z i n go f s y s t e m 3 3 4 2 1s y s t e md e s i g n i n g 3 3 4 2 2s y s t e mr e a l i z i n g 3 5 4 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s 3 7 4 4c o n c l u s i o no ft h i sc h a p t e r 4 0 c h a p t e r5c o n c l u s i o n 41 r e f e r e n c e 4 2 a p p e n d i x 4 5 a c k n o w l e d g e m e n t 4 7 摘要 星表是记载天体各种参数( 如位置、运动、星等、光谱型等) 的表册。它真实 地反映了一定时期内，天文学家在天体测量方面所取得的成果。星表是天文学家 最常用到的天文数据，因此很多方面都需要对星表进行处理和访问，例如小行星 探测等，但是星表的数据量往往非常大，并且随着天文学家不断的观测发现，星 表的数据量也在不断的增加，因此研究实现对星表的快速高效的访问是很有价值 的。 u c a c 2 是一个高密度、高精确度的天体测量星表，它囊括了4 8 ，3 3 0 ，5 7 1 颗 恒星，覆盖了从赤纬9 0 度到赤纬+ 4 0 度的天区，在一些区域甚至到达+ 5 2 度。 u c a c 2 星表是以二进制格式文件存储，数据量相对较大，我校天文台的小行星 搜索、超新星观测等科研工作都涉及到u c a c 2 星表的访问，因此建立基于 u c a c 2 星表的相关索引数据文件具有实际的需求。 u c a c 2 星表目前只提供了f o r t r a n 语言和c 语言的访问接口，具有一定 的局限性，且原有的索引文件只是按赤纬赤经来划分的，访问方式比较单一，缺 少必要的统一的多属性访问接口，因此，实现一个通用的数据访问接口，增加索 引数据库的灵活性是很有必要的。 本文在简要介绍了u c a c 2 星表的文件组织、数据结构和访问方式后，详细 介绍了多索引自动生成系统的设计和开发，并对所用到的技术和结果做了相关的 介绍分析。本文的主要工作包括： ( 1 ) 介绍了u c a c 2 星表的文件组织方式，研究分析了星表的数据结构以及原 有的访问方式，并提出了新的星表访问方式。 ( 2 ) 对u c a c 2 星表建立多索引自动生成系统的思想进行了详细的介绍。原有 的访问方式比较单一，本系统通过建立新的索引结构和选择不同的属性建立索引 文件，实现对u c a c 2 星表的快速高效的访问。新的索引为两级索引文件，通过 c o m 技术生成c o m 组件，以实现不同环境下对星表的查询功能。 ( 3 ) 详细分析介绍了多索引自动生成系统的设计实现。本系统采用了基 于n e t 框架的c 拌语言设计开发，得到了良好的实验结果。 l i l i l l 尔人学硕十学位论文 a b s t r a c t c a t a l o gi s ac e l e s t i a ld a t a b a n kw h i c hr e c o r d sv a d o u s p a r a m e t e r s ( s u c ha s l o c a t i o n ，s p o r t s ，m a g n i t u d e ，a n ds p e c t r a lt y p e ) i ti sat r u er e f l e c t i o no ft h er e s u l t s o b t a i n e db yt h ea s t r o n o m e r si nt h ea s t r o m e t r yi nc e r t a i np e r i o d c a t a l o gi st h em o s t c o m m o n l yu s e da s t r o n o m i c a ld a t at oa s t r o n o m e r s ，s oi nm a n ya s p e c t si t i sn e e d e dt o h a n d l ea n da c c e s st h ec a t a l o g ，s u c ha sa s t e r o i dd e t e c t i o n b u tt h ed a t ao fc a t a l o g sa r e g e n e r a lv e r yl a r g e ，a n dt h e ya r ea l s oc o n t i n u o u s l yi n c r e a s i n gw i t ht h ec o n t i n u o u s o b s e r v a t i o no ft h ea s t r o n o m e r s ，s oi ti sv e r yv a l u a b l et or e s e a r c ha n di m p l e m e n tt h e e f f i c i e n ta c c e s st ot h ec a t a l o g t h eu c a c 2i sah i g hd e n s i t y , h i g hp r e c i s i o na s t r o m e t r i cc a t a l o go f4 8 ，3 3 0 ，5 71 s t a r sc o v e r i n gt h es k yf r o m - 9 0t o + 4 0d e g r e e si nd e c l i n a t i o na n de v e ng o i n gu pt o + 5 2d e g r e e si ns o m ea r e a s t h ed a t ao ft h eu c a c 2i si nb i n a r yf o r m a ta n dt h e a m o u n to fd a t ai sr e l a t i v e l yl a r g e ，o u ro b s e r v a t o r y ss c i e n t i f i cr e s e a r c hw o r k ，s u c ha s s e a r c h i n ga s t e r o i d s a n ds u p e m o v ao b s e r v a t i o n sb o t h i n v o l v e st h ea c c e s st ot h e u c a c 2c a t a l o g ，t h e r e f o r ei th a st h ep r a c t i c a l s i g n i f i c a n c eo fi n d e x i n gu c a c 2 c a t a l o g c u r r e n t l yt h eu c a c 2c a t a l o go n l yp r o v i d e st h ea c c e s si n t e r f a c eo fo n l y f o r t r a na n dcl a n g u a g e ，w h i c hh a sc e r t a i nl i m i t a t i o n a n dt h eo r i g i n a li n d e x e d f i l ei sd i v i d e da c c o r d i n gt oa s c e n s i o na n dd e c l i n a t i o n ，a n dt h ea c c e s sm o d ei ss i n g l e a n dl a c ko fn e c e s s a r yu n i f i e dm u l t i a t t r i b u t ea c c e s si n t e r f a c e ，t h e r e f o r e ，i ti sv e r y n e c e s s a r yt or e a l i z eag e n e r a ld a t aa c c e s s i n gi n t e r f a c ea n dt oi n c r e a s et h ef l e x i b i l i t yo f i n d e xd a t a b a s ea r ev e r yn e c e s s a r y a f t e rb r i e f l yi n t r o d u c e dt h eu c a c 2c a t a l o g sf i l eo r g a n i z a t i o n ，t h ed a t as t r u c t u r e a n dt h ea c c e s s i n gm e t h o d ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h e m u l t i - i n d e xa u t o m a t i cg e n e r a t i n gs y s t e mi nd e t a i l s ，a n dm a k e sar e l a t e da n a l y s i st ot h e t e c h n i q u ea n dr e s u l t su s e di nt h es y s t e m t h em a i nj o b so ft h i st h e s i sa l es u m m a r i z e d a sf o l l o w s ： i i i i l l 东人学硕十学位论文 ( 1 ) i n t r o d u c i n gt h ef i l eo r g a n i z a t i o no fu c a c 2c a t a l o g a n a l y z i n gt h ed a t a s t r u c t u r ea n dt h eo r i g i n a la c c e s sm e t h o do ft h ec a t a l o g t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h e o r i g i n a la c c e s sm e t h o d ，i tp u t sf o r w a r dan e w c a t a l o ga c c e s sm e t h o d ( 2 ) i n t r o d u c i n gt h ei d e ao fb u i l d i n gam u l t i - i n d e xa u t o m a t i cg e n e r a t i n gs y s t e m b a s e do nt h eu c a c 2c a t a l o gi nd e t a i l s t h eo r i g i n a la c c e s sm o d ei sr e l a t i v e l ys i n g l e ， t h i ss y s t e mw i l lr e a l i z et h ee f f i c i e n ta c c e s st ou c a c 2 c a t a l o g st h r o u g he s t a b l i s h i n ga n e wi n d e xs t r u c t u r ea n dc h o o s i n gd i f f e r e n ta t t r i b u t e st oe s t a b l i s hi n d e x e df i l e t h e n e wi n d e xi sat w o l e v e li n d e xf i l e ，w h i c hi st h r o u g ht h ec o m t e c h n o l o g yt op r o d u c e c o mc o m p o n e n t sa n dt oa c h i e v et h e q u e r y f u n c t i o no f c a t a l o g i nd if f e r e n t e n v i r o n m e n t ( 3 ) a n a l y z i n gt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h em u l t i i n d e xa u t o m a t i c g e n e r a t i n gs y s t e mi nd e t a i l s t h i ss y s t e mi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e di nc # b a s e do n t h e n e tf r a m e w o r ka n do b t a i n sa g o o dr e s u l t s k e yw o r d ：u c a c 2 ；c a t a l o g ；m u l t i i n d e x ；m u l t i t h r e a d ；c o m 山东大学硕十学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 天文学是研究天体和宇宙的科学【lj 。它主要通过观测天体发射到地球的辐 射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学 组成、内部结构、能量来源及其演化规律。天文观测数据处理是在天文观测的基 础上揭示宇宙奥秘的重要手段，随着科学技术的发展，各宗大型天文仪器的投入 使用，天文学家获得的数据量正以惊人的速度迅猛增加【2 j 【3 j ，使用计算机进行天 文图形图像处理、天文数据处理，已经是必然的趋势。 天文数据主要包括星表、星图、光谱、文献资料等1 4 j 【5 】，星表就是记载天体 各种参数( 如位置、运动、星等、光谱型等) 的表册1 6 j ，是包含天体信息的数据表 格，是天文学家最常用到的天文数据1 4 】，因此很多方面都需要对星表进行处理和 访问，例如小行星探测等，但是星表的数据量往往非常大，并且随着天文学家不 断的观测发现，星表的数据量也在不断的增加，因此实现对星表的快速访问是星 表研究的一个方向。 星表真实地反映了一定时期内，天文学家在天体测量方面所取得的成果。同 时，它又是天文工作者认星和测星的重要工具，其作用犹如地理学中的地图【6 】。 当今常用的星表主要包括c d s i 。7 】星表、n a s a 星表、h i p p a r c o s 星表、u s n o 星 表以及u c a c 2 1 8 1 星表等，为天文研究提供了丰富的数据基础【9 1 。 本文就是针对u c a c 2 星表的元数据进行研究分析，以便实现对星表数据的 快速高效的检索。 1 2 相关问题的提出 在天文学中，多数天文星表数据是以文件格式和关系数据库格式存储。比较 常见的数据文件格式标准有普通文本文件、f i t s 、v o t a b l e t l 0 1 等，并且提供了相 应的查询程序，例如提供点圈天区( 由天区的赤道坐标和张角半径决定的圆形天 区范围) 和矩形天区( h q 矩形中心点的赤道坐标和赤经经线、赤纬纬线方向的张角 山东大学硕十学位论文 大小所决定的矩形天区范围) 的查询功能】，天文学家得到拷贝后仅需要简译设 置就可以在本地机器上查询这些星表数据。这种数据格式存储密度高、查询速度 快，但是查询功能有限，并且不具有通用性。 u c a c 2 星表1 8j 是元数据文件存储，数据的文本格式为二进制文件，本系统 是针对u c a c 2 星表进行的研究设计和开发，u c a c 2 星表的数据量相对较大， 如果转换为关系型数据库存储，则占的存储容量相对更大，所以研究是在u c a c 2 星表元数据的基础之上。u c a c 2 星表目前只提供了f o r t r a n 语言和c 语占的 访问接口，具有一定的局限性，已有的索引文件也仪是按照赤纬赤经进行的组织 划分，如果按照其它属性，例如星等进行检索的话则需要遍历所有的数据文件， 耗时太大，因此不能完全满足多种入口检索的需求：在不同的丌发环境下也不能 提供相应的入口，满足不了天文学者的研究丌发需求。如何实现令球海量、高度 分稚、多波段天文数据的高度共享和融合，实现包括数掘资源在内的各种资源的 无缝统一访问，实现海量数据的高效处理、分析和挖掘，以发挥出天文数据库的 全部科学价值，产生出新的重大科学产出，成为目前急需解决的问题。 1 3 国内外研究现状及问题 目前，天文学者针对海量数据的查询服务做了大量的研究，包括在天文数据 研究方面，例如中国虚拟天文台【1 1 1 的一个重要的目标就是实现分布式数据的 统一访问机制，它能为天文学家提供一个统一的访问这些分布数据接口，并能为 天文学家提供描述查询要求和获取查询结果的便利。当前国际上针对虚拟天文的 研究比较广泛，很多国家都建立了自己的虚拟天文台，为天文数据提供一个网络 访问平台【7 j 。虚拟天文台项目的首要目标就是要解决这些高度分散、复杂、海量 的天文数据的统一访问和管理，实现全球天文数据资源的融合，使天文学家能够 ， 高效快捷的获取所需的天文数据。中国虚拟天文台项目基于目前的网格技术，设 计和实现网格环境下天文数据的查询访问服务，并为客户应用提供统一的访问接 口l7 1 。 u c a c 2 是正在进行的u c a c 项目发布的第二个版本，该项目致力于观测整个 天区以寻找r 星等约为7 5 1 6 的恒星。u c a c 2 星表的已有的索引比较单一，只 有根据赤经和赤纬划分的索引文件，而实现对海量数据的高速查询需要提供高效 2 尔人学硕十学位论文 的索引，完成用户复杂的查询要求，特别是天文上一些专用的查询要求，需要根 据用户的不同的需求，建立不同索引文件，为其提供不同的查询入口，实现高效 快速的查询操作。 1 4 课题研究背景及意义 本校天文台是由山东大学、中科院国家天文台和威海市政府共同投资建设 的，主天文台安装的l 米直径反射式光学望远镜是目前中国高校口径最大、技术 水平最高的天文望远镜。利用这一科研平台，我校与中科院国家天文台共同丌展 超新星巡天、小行星搜索、g r b 观测、变星测光行星物理( 包括月球物理) 、 系外行星搜索、太阳黑子记录、h i 宇宙射电频谱观测等科研工作。本校天文台 的小行星搜索、超新星观测等科研工作都涉及到u c a c 2 星表的访问，建立基于 u c a c 2 的相关索引数据库具有实际的应用需求。 由于原有的u c a c 2 数据库文件只是按赤纬赤经来索引的，访问方式比较单 一，而且缺少必要的统一的访问接口，因此，实现一个通用的数据访问接口，增 加索引数据库的灵活性是很有必要的。通过建立本系统，我们可以按照星等为索 引来重新生成索引文件，便于按照星等的查询；也可以按照其它指标为索引来建 立相应的索引文件，为用户的查询、统计信息工作提供了很大的方便。 本研究旨在u c a c 2 星表之上，设计和开发多索引自动生成系统、并研究高 效和通用的数据访问接口，供天文工作者在不同的运行环境下的研究与分析之 用。该研究的结果可以为海量天体数据处理的研究打下基础，因此，本研究具有 很好的研究价值和应用价值。 本文的组织结构及相关工作如下： 第一章为绪论部分，首先介绍了星表的相关知识，了解了目前国内外对星表 访问研究的现状，并对本文的结构作了安排，介绍了相关的工作。 第二章首先详细介绍了u c a c 2 的相关内容。研究分析u c a c 2 星表，详细 介绍星表恒星的文件组织方式和数据结构，以及现有的访问方式。 第三章详细介绍了多索引自动生成系统的设计。首先详细地介绍系统设计的 思想和意义，然后详细地介绍了索引的设计和生成；并介绍了c o m 接口的原理 和两级访问c o m 接口的实现。 = l 4 山东大学硕十学位论文 第四章是对整个系统的综合介绍，结果分析，并作了对比分析。 第五章总结了本文所做的工作并指出了有待改进的地方。 山尔人学硕十学位论文 2 1 星表 2 1 1 星表的概念 第2 章u c a c 2 星表 星表是记载天体各种参数( 如位置、运动、星等、光谱型等) 的表册1 6 j 。它真 实地反映了一定时期内，天文学家在天体测量方面所取得的成果。同时，它又是 天文工作者认星和测星的重要工具，其作用犹如地理学巾的地图。当今常用的星 表主要包括c d s 星表、n a s a 星表、h i p p a r c o s 星表、u s n o 星表以及u c a c 2 星表等，为天文研究提供了丰富的数据基础。 星表从功能上可分为两类i l l 。一类是给出精确位置数据且分布比较均匀，整 体精确度高的基本星表，另一类是供天文观测寻找l t 标天体用，或作大量恒星位 置数据统计用的相对星表。星表中恒星的位置数据是用专门的设备和方法观测得 来的。观测也分两类，一类是绝对观测，一类是相对观测。绝对观测不依赖于任 何已知恒星的位置数据；相对观测根据已知位置数掘的恒星，测量未知恒星与已 知恒星之间的坐标差值而获得未知恒星的位置。基本星表主要依靠绝对观测和一 部分恒星的高精度相对观测而编制，星数不多，只限于比较亮的恒星。相对星表 以基本星表为依据，完全采用相对观测方法，包含尽可能多的恒星位置数据i l l 。 2 1 2 恒星的亮度、星等、光度 1 恒星的亮度 恒星的亮度定义为在观测点与视线垂直的平面上，星光产生的照度l lj 。照度 是一个物理量，含义是“被照亮的程度”，单位叫勒克斯( 1 x ) 。在国际单位制系 统( s 1 ) 中有7 个基本单位，发光强度单位坎德拉( c d ) 是其中之一。根据1 9 7 9 年1 6 届国际计量大会的决议，坎德拉的定义是：辐射强度为每球面度1 6 8 3 瓦， 频率为5 4 0x1 0 1 2 赫兹( 护5 6 0 纳米，绿色) 的单色光源的发光强度。球面度是 立体角的单位，是没有量纲的单位。对一个点而言，整个空间的立体角是4 7 c 球 面度。l 坎德拉发光强度的光源，如果向各个方向都发同样强度的光，其总的辐 1 1 l 尔人学硕十学何论文 射功率为4 n 6 8 3 瓦= 0 0 1 8 4 瓦，即每秒钟辐射出0 0 1 8 4 焦耳的能量。这一光源在 1 球面度的光通量定义为1 流明；而1 流明的光通量均匀分布在一个平方米的面 积上，所获得的照度定义为l 勒克斯。 2 恒星的星等1 3 1 恒星距离遥远，星光传到地球卜照度非常微弱。所以，恒星的亮度虽以照度 为定义，却不用勒克斯单位米拙述。天文学上采用星等末表示恒星的亮度。星等 分为两种，视星等和绝对星等1 1 3 】。 直接用肉眼感觉到或用大体最度测量的恒星亮度称为视亮度。视亮度用视星 等来表示【。视星等并不代表一阿星的真实亮度，原凶是恒星的距离远近小i 司，差 别很大。天空中的亮星，刚能真的是发光能力很强的恒星，但也可能只是冈为它 离我们特别近，j 1 显得亮。相反，有些暗星也不一定真暗，尽管它们要通过望远 镜j 能观测到，但它们的发光能力可能极强，只是由于距离我们太远，看起来显 得比较暗。 星等数的获得是先用天文仪器测定星的亮度，然后通过星等与亮度的换算公 式计算出来。山于目视譬等并没有实际的物理学意义，于是天文学家制定了绝对 星等来描述星体的实际发光本领。假想把星体放在距离1 0 秒筹距( 即3 2 6 光年， 秒差距办是天文学上常用的距离单位，1 秒差距= 3 2 6 光年) 远的地方，所观测 到的视星等，就是绝对星等了绝对星等与真亮度的关系也服从公式2 11 1 】： m 一2 5 1 9 e ( 2 - 1 ) 。通常绝对星等以大写英文字母m 表示，e 为真亮度。 目视星等和绝对星等可用公式转换，公式2 21 1 1 如下： m = m + 5 5 i gd ( 2 2 ) m 为绝对星等，m 为目视星等，d 为距离，单位为秒差距。 3 恒星的光度及光度测量【1 4 j 恒星的真正亮度还可以用光度来表示，光度就是恒星每秒辐射的总能量。恒 星的大小和温度是决定其光度的两个重要物理量。天体的辐射是多波段的，不同 波段有不同的辐射强度。分别测定各个波段的辐射强度可以提供一些很重要的信 息。分波段进行的光度测量称为分光光度测量。 恒星光度测定就是通过望远镜和辐射探测器测量恒星( 或其他天体) 的亮度 6 山东大学硕十学位论文 及亮度的变化情况。测光是为了给出天体的亮度，帮助在复杂的星图、星表 中证认恒星。 2 1 3 恒星的位置及运动参数 1 恒星的位置 恒星在三维空间的位置，需要有三个坐标参数来描述。在天球坐标系中含有 两个坐标参数，决定着恒星的球面位置，再加上第3 个参数距离，恒星位置 的问题就完全解决了。 确定恒星的球面位置，通常使用的是天球赤道坐标系，两个参数是恒星的赤 经q 和赤纬6 。在星表中会给出这些参数。在星表中恒星的位置数据是使用专门 的设备和方法观测得来的。 由于恒星距离我们非常遥远，它们的距离测定非常困难。对不同远近的恒星， 要用不同的方法测定。目前，已有很多种测定恒星距离的方法。例如三角视差法、 分光视差法等，距离越远，难度越大，精度越低。 2 恒星的运动参数 恒星在三维空问中的运动，投影到三个坐标轴方向，也需要三个参数来描述。 在与视线垂直的平面上有两个方向的运动，称为自行；沿视线方向的运动称为视 向运动。 自行可以分解为天球球面上沿赤经方向和沿赤纬方向的球面坐标运动，用单 位时间内运动的角度来计算。因为恒星运动速度相对于遥远的距离，显得非常缓 慢，自行通常考虑为匀速直线运动，单位取角秒年。自行值的大小显然与恒星 距离有关，如果实际空间运动速度相同，星的距离越近，自行表现越大，所以自 行大的星一般也都是距离较近的星。 下面主要针对u c a c 2 星表进行相关的研究和分析，首先介绍了u c a c 2 的 相关知识，然后分析其文件组织结构，以及数据结构和访问方式。 2 2u c a c 2 星表简介 u c a c 2 是正在进行的u c a c 项目发布的第二个版本，该项目致力于观测整 个天区以寻找r 星等约为7 5 - - - 1 6 的恒星。对于1 0 1 4 星等范围内的恒星观测 7 山东大学硕十学何论文 位黄误差约为2 0 微角秒，对于极限星等r 1 6 的恒星观测位置误差约为7 0 微 角秒。 观测丌始于1 9 9 8 年1 月，在智利的塞洛托洛洛美洲天文台( c t i o ) ，在那里 观察了整个的南部天区和一半的北部天区。2 0 0 1 年1 0 月，观测仪器搬到美国海 军天文台弗拉格斯塔夫站( n o f s ) ，在亚利桑那州继续北部天区的观测。在2 0 0 4 年中旬完全覆盖从北极到南极的天区。整个项目的天区覆盖如图2 1 所示，不同 的颜色代表不同时期的观测【8 1 。 图2 1u c a c 2 天区覆盖 u c a c 2 是一个高密度、高精确度的天体测量星表，它囊括了4 8 ，3 3 0 ，5 7 1 颗 恒星，覆盖了从赤纬9 0 度到赤纬+ 4 0 度的天区，在一些区域甚至到达+ 5 2 度。 北界限是赤经的一个函数。所有的恒星都提供自行和光度测定。位置和自行都在 i c r s ( 国际天球参考系) 上，并且在历元j 2 0 0 0 0 中给出。 2 3u c a c 2 星表的文件组织 数据都被安排在o 5 度的赤纬区内，l 号区从南极丌始，越往北号码越大。 每一个区都有一个独立的文件：一共有2 8 8 个数据文件。根据数据的数量，共需 要3 张光盘，每张光盘约存储6 8 0 兆的二进制数据。各个数据文件的记录按照赤 经分类。一个记录包含一颗恒星的数据。如图2 2 所示： 8 i i j 尔人学硕十学位论文 _ 一般翻蔫聃r i n d e x f i l e i n d e xd a d a t ad a t a d a t a z o o iz 0 0 2z 2 8 8 图2 - 2u c a c 2 犀表文件的组织结构 2 4u c a c 2 星表的数据结构 2 4 1 文件z 0 0 1 - 一z 2 8 8 这些文件组成了星表的主要数据。所有项都是( 带符号的) 整数。”i * l ”意 味着这些项的数据以1 字节表示，“1 2 ”意味着2 字节，等等。字节的次序是为 了因特尔处理器的应用。每个记录包括一个恒星的数据，共有2 3 项。记录的长 度是4 4 字节，没有额外的“行结束”，无格式前导和尾随字节。在f o r t r a n 中， 这是一种直接访问方式，固定的记录长度，无格式的文件。( 请注意，一些编译 器指定记录长度为4 字节段的倍数，在这种情况下r e c l = i l 代替了适用于其它 编译器的r e c l _ 4 4 。本光盘提供的实用软件使用r e c l = 4 4 。) 每一个记录都包含以下各项，如表2 1 所利1 6 l ： 表2 1u a c a 2 星表记录格式 编号字节格式单位标签说明 l1 - 4 1 4 微角秒 l 认 在历元j 2 0 0 0 o ( 国际天球参考系) 的赤经( 2 ) 25 - 8 1 4 微角秒 d e 在历元j 2 0 0 0 o ( 国际天球参考系) 的赤纬 ( 2 ) 39 一l o1 2 0 o l 星等u 2 r m a g内部u c a