A Method for 21cm Power Spectrum Estimation in the Presence of Foregrounds

21cm tomography promises to be a powerful tool for estimating cosmological parameters, constraining the epoch of reionization, and probing the so-called dark ages. However, realizing this promise will require the extraction of a cosmological power spectrum from beneath overwhelmingly large sources of foreground contamination. In this paper, we develop a unified matrix-based framework for foreground subtraction and power spectrum estimation, which allows us to quantify the errors and biases that arise in the power spectrum as a result of foreground subtraction. We find that existing line-of-sight foreground subtraction proposals can lead to substantial mode-mixing as well as residual noise and foreground biases, whereas our proposed inverse variance foreground subtraction eliminates noise and foreground biases, gives smaller error bars, and produces less correlated measurements of the power spectrum. We also numerically confirm the intuitive belief in the literature that 21cm foreground subtraction is best done using frequency rather than angular information.Comment: 24 pages, 11 figures; replaced with accepted PRD version (minor editorial changes to text; methods, results, and conclusions unchanged

Precision Calibration of Radio Interferometers Using Redundant Baselines

Growing interest in 21 cm tomography has led to the design and construction of broadband radio interferometers with low noise, moderate angular resolution, high spectral resolution, and wide fields of view. With characteristics somewhat different from traditional radio instruments, these interferometers may require new calibration techniques in order to reach their design sensitivities. Self-calibration or redundant calibration techniques that allow an instrument to be calibrated off complicated sky emission structures are ideal. In particular, the large number of redundant baselines possessed by these new instruments makes redundant calibration an especially attractive option. In this paper, we explore the errors and biases in existing redundant calibration schemes through simulations, and show how statistical biases can be eliminated. We also develop a general calibration formalism that includes both redundant baseline methods and basic point source calibration methods as special cases, and show how slight deviations from perfect redundancy and coplanarity can be taken into account.Comment: 18 pages, 13 figures; Replaced to match accepted MNRAS versio

Die SRG-Medienstudie 1996-2000 : Archivierung und Erschliessung ; Mediennutzung im Tagesablauf : öffentlich-rechtliche, regionale und private Medien

Die Studie wurde mit Mitteln der BAKOM-Forschungsförderung unterstützt.Das Projekt „Die SRG-Medienstudie 1996-2000: Archivierung und Erschliessung. Mediennutzung im Tagesablauf: Öffentlich-rechtliche, regionale und private Medien“ bezweckt die Sicherung und Aufbereitung der SRG-Medienstudiendaten der Jahre 1996-2000 für Sekundäranalysen. Diese Daten enthalten eine äusserst breite Palette von Informationen zur individuellen Mediennutzung im tageszeitlichen Verlauf der gesamtschweizerischen Bevölkerung. In einem ersten Schritt werden alle vorhandenen analogen sowie digitalen Daten erschlossen und ihrem Entwicklungszusammenhang entsprechend dokumentiert und analysiert. Die Tauglichkeit des so gewonnenen Datensatzes wird in einem zweiten Schritt anhand ausgewählter Tagesablauf-Auswertungen überprüft. Das Gesamtprojekt erstreckt sich über einen Zeitraum von 15 Monaten. Die Hauptergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Gütesiegel jeder Informations- oder Datenaufbereitung bildet eine präzise Dokumentation des Vorhandenen. Anhand der SRG-MS 1996-2000 wurde dies exemplarisch durchexerziert, wobei auf verschiedene Probleme bei der Rekonstruktion der Studie und der Datensicherung gestossen wurde. Einerseits sind die analogen Daten nirgends – weder im Archiv des Auf­trag­gebers, noch in den Archiven des Umfragebetreibers – vollständig vorhanden, geschweige denn in geordneter Form archiviert. Andererseits sind Informationen teilweise in digitalisierten Speichern noch greifbar, wenn auch wiederum in unsystematischer Ordnung und angesichts neuer Software-Systeme für die Langzeitaufbewahrung gefährdet. Das Nebeneinander von analogen und digitalen Daten erschwert zudem die Forschungsarbeit in unzweckmässiger Art. Überdies sind nicht dokumentierte, aber aufschlussreiche Informationen lediglich über die Befragung der damals Beteiligten (z.B. Studienleiter, Produktionsverantwortliche, Statistiker, Programmierer), die in Schlüsselpositionen tätig waren oder sind, möglich. In Hinblick auf Lang­zeitarchivierung sind diese Problempunkte zu überdenken und vorausschauende Betriebs­­strategien durch die Auftraggeber zu überlegen. - Die Datensammlung zur SRG-Medienstudie entpuppt sich ungeordneter als an­ge­nommen und präsentiert sich in einer kritischen Situation. Während einzelne Dokumentationen (Berichte, Akten usw.) nicht mehr vorhanden und auch in elektronischer Form nicht mehr rekonstruierbar sind, konnten wichtige andere Daten gesichert werden. Darüber hinaus wurden zuhanden der betreffenden Archive Empfehlungen für die Langzeitaufbewahrung gemacht. - Das differenzierte Untersuchungsdesign der SRG-Medienstudie und die Vielzahl der Variablen führen zu grossen Datenmengen, die nicht mehr in einer Struktur darstellbar sind. Trotz den Bemühungen um Einheitlichkeit (und damit Vergleichbarkeit) bei der jährlichen Durch­führung der Erhebungen in der deutschen, französischen und italienischen Schweiz resultieren – infolge der dynamischen Medienwelt – Abweichungen bei der Harmonisierung der 60 Fragebogenversionen. Diese Diskongruenzen bzw. Inkompatibilitäten werden in trans­pa­renter Form ausgeleuchtet. - Die elektronischen Daten der Jahre 1996-2000 sind in ein Austauschformat konvertiert worden. Zusammen mit der Differenzierung in die drei Landesregionen, den vier quotierten Jahres­quartalen und den fünf Unter­suchungsjahren werden 45 Rohdatenfiles erstellt. Diese Rohdatensätze sind in zwei Auswertungsdatensätze zusammengefasst worden und stehen der Wissenschaft und dem wissenschaftlichen Nachwuchs als erster Medien-Längsschnittdatensatz der Schweiz für Sekundäranalysen zu Verfügung. - Das für die Medienforschung interessante Ergebnis dieser Studie resultiert in der Disposition der Medienstudiendaten in den Auswertungsdatensätzen. Durch die vertikale Anordnung der Daten­reihen werden neue und innovative Auswertungsmöglichkeiten erschlossen, um die komplexe, dreidimensionale Datenstruktur der statistischen Analyse zugänglich zu machen. - Exemplarische Sekundäranalysen prüfen die Frage, ob (und wie) mit den vorliegenden Datenfiles statistische Auswertungen über drei Auswertungsdimensionen (Zeit, Medien­nutzung, Personenmerkmale) erstellt werden können. Durch einen Methodenvergleich wird auf­gezeigt, dass in drei ausgewählten sprachregionalen Gebieten keine homogenen Ablauf­muster zwischen Tagesablauf, Mediennutzung und Personenmerkmalen feststellbar sind, sondern in jedem der Untersuchungsgebiete spezifische sprachregionale Besonderheiten gelten, die auch sozio-ökonomisch beschreibbar sind

Global 21cm signal experiments: a designer's guide

[Abridged] The spatially averaged global spectrum of the redshifted 21cm line has generated much experimental interest, for it is potentially a direct probe of the Epoch of Reionization and the Dark Ages. Since the cosmological signal here has a purely spectral signature, most proposed experiments have little angular sensitivity. This is worrisome because with only spectra, the global 21cm signal can be difficult to distinguish from foregrounds such as Galactic synchrotron radiation, as both are spectrally smooth and the latter is orders of magnitude brighter. We establish a mathematical framework for global signal data analysis in a way that removes foregrounds optimally, complementing spectra with angular information. We explore various experimental design trade-offs, and find that 1) with spectral-only methods, it is impossible to mitigate errors that arise from uncertainties in foreground modeling; 2) foreground contamination can be significantly reduced for experiments with fine angular resolution; 3) most of the statistical significance in a positive detection during the Dark Ages comes from a characteristic high-redshift trough in the 21cm brightness temperature; and 4) Measurement errors decrease more rapidly with integration time for instruments with fine angular resolution. We show that if observations and algorithms are optimized based on these findings, an instrument with a 5 degree beam can achieve highly significant detections (greater than 5-sigma) of even extended (high Delta-z) reionization scenarios after integrating for 500 hrs. This is in contrast to instruments without angular resolution, which cannot detect gradual reionization. Abrupt ionization histories can be detected at the level of 10-100's of sigma. The expected errors are also low during the Dark Ages, with a 25-sigma detection of the expected cosmological signal after only 100 hrs of integration.Comment: 34 pages, 30 figures. Replaced (v2) to match accepted PRD version (minor pedagogical additions to text; methods, results, and conclusions unchanged). Fixed two typos (v3); text, results, conclusions etc. completely unchange

An Improved Method for 21cm Foreground Removal

21-cm tomography is expected to be difficult in part because of serious foreground contamination. Previous studies have found that line-of-sight approaches are capable of cleaning foregrounds to an acceptable level on large spatial scales, but not on small spatial scales. In this paper, we introduce a Fourier space formalism for describing the line-of-sight methods, and use it to introduce an improved new method for 21-cm foreground cleaning. Heuristically, this method involves fitting foregrounds in Fourier space using weighted polynomial fits, with each pixel weighted according to its information content. We show that the new method reproduces the old one on large angular scales, and gives marked improvements on small scales at essentially no extra computational cost.National Science Foundation (U.S.) (Grant AST-0134999)National Science Foundation (U.S.) (Grant AST-05-06556)David & Lucile Packard FoundationResearch Corporatio

An Improved Method for 21cm Foreground Removal

21 cm tomography is expected to be difficult in part because of serious foreground contamination. Previous studies have found that line-of-sight approaches are capable of cleaning foregrounds to an acceptable level on large spatial scales, but not on small spatial scales. In this paper, we introduce a Fourier-space formalism for describing the line-of-sight methods, and use it to introduce an improved new method for 21 cm foreground cleaning. Heuristically, this method involves fitting foregrounds in Fourier space using weighted polynomial fits, with each pixel weighted according to its information content. We show that the new method reproduces the old one on large angular scales, and gives marked improvements on small scales at essentially no extra computational cost.Comment: 6 pages, 5 figures, replaced to match accepted MNRAS versio

К вопросу об устойчивости сопряжений капитальных выработок глубоких шахт

Наведений аналіз стану сполучень протяжних виробок. Розглянуті умови підтримання похилих виробок та сполучень на шахті ім. В.М. Бажанова. Визначені розрахункові показники параметрів сполучень виробок. Наведені результати шахтних досліджень за станом сполучень капітальних похилих виробок шахти ім. В.М. Бажанова.The analysis of the state of pairings of the extended workings is resulted. The terms of maintenance of the sloping workings and pairings are considered on a mine the name of V.M. Bazhanova. The calculation indexes of parameters of pairings of workings are certain. The results of the mine researches are resulted after the state of pairings of the capital sloping workings of mine the name of V.M. Bazhanova