利用国内VLBI网跟踪大椭圆轨道卫星

2004年7月,昆明VLBI站经过改造,由上海、乌鲁木齐和昆明站组成的中国VLBI网(CVN)采用统一的MARK4格式编制器和CVN硬盘记录系统,对大椭圆轨道卫星“探测1号”的2圈轨道的共同可视弧段进行了跟踪观测．软件相关处理程序已成功地用于检测卫星遥测信号的干涉条纹和数据相关处理．采用基于条纹幅度的加权最小二乘条纹拟合方法,获得了卫星VLBI观测量及其精度估计,完成了卫星VLBI观测量的3基线闭合误差检验．应用河外射电源校准方法和多频点相位校正信号提取方法,进行了台站钟差和仪器延迟等系统误差改正．经系统差改正后的卫星VLBI观测量序列已用于“探测1号”卫星的轨道确定．

基于VLBI和GPS测量2009年7月22日日全食期间电离层TEC变化

2009年7月22日上午发生的日全食是21世纪全食持续时间最长的日全食,跨越了中国北纬约30°的广大地区,为研究太阳对地球电离层的影响提供了一次难得的机会。上海位于此次日全食带中心线附近,为此,上海佘山站、乌鲁木齐南山站和日本鹿岛站开展了VLBI联合观测实验。与此同时,TEC测量还配合使用了GPS观测站。本文介绍了此次日全食观测实验的背景、测量方案、观测实验详情和数据处理流程。根据相关处理结果,利用二维条纹搜索方法在上海-乌鲁木齐基线获得了优质干涉条纹,预示着VLBI测量取得成功。对单站GPS数据的初步分析表明,日全食食甚时刻TEC值存在快速下降。此次观测实验预期将首次获得电离层TEC变化的VLBI实测结果,并开展VLBI与GPS测量结果的比较研究。

长基线天线组阵及其在深空遥测中的应用

天线组阵技术可以提高接收深空探测器微弱信号的链路余量。文中针对具有较低码速率的遥测信号进行了长基线信号合成实验,结合遥测信号基带信号处理软件平台对实验结果进行分析。同时研究了全频谱合成、基带合成和符号流合成三种基本信号合成技术的信号处理和技术要求;并利用我国甚长基线干涉测量网(CVN)接收和处理嫦娥二号卫星的遥测信号,探讨了这三种天线组阵信号合成技术的性能。结果表明:如果消除1比特量化的影响,由符号信噪比估计得到的信号合成效率均可在90%以上。这充分验证了长基线天线组阵技术的可行性,也为将来更远距离的深空通信提供了一种有效的途径。

地球同步卫星的VLBI观测

介绍了差分VLBI技术确定空间飞行器位置的原理。在上海、乌鲁木齐和昆明站开展了对地球同步卫星的首次国内差分VLBI观测 ,实验中选择 3颗角距小于 15°的ICRF射电源作为参考源 ,克服了卫星观测的特殊性带来的困难 ,成功地获得了卫星信号的干涉条纹。基于条纹拟合的结果和系统差分析 ,估计双差单向测距的总误差约为 4 1cm ,双差单向测速的总误差约为 0 .14 8mm/s,相当于在地球同步轨道上 8m的位置误差和 2 .

相关处理软件系统中模型计算的精度分析

介绍了由上海天文台主持研制的“中国VLBI网宽带相关处理机”中模型计算的实现过程 ,基于相关处理机条纹搜索窗口的大小讨论了对模型精度的要求。应用测地VLBI数据分析软件包OC CAM对相关处理机模型的计算精度进行了外部检验 ,结果显示时延的符合度为ns量级 ,延迟率则小于 1ps s,这远远小于模型中的钟差和未模型化的电离层效应产生的误差。因此 ,模型精度已足以满足相关处理机条纹搜索和相关后处理的要求。

相关处理机多制式兼容性测试的初步结果

我国VLBI网包括上海佘山、乌鲁木齐和昆明 3个观测站 ,以及上海天文台研制的两台站相关处理机。上海佘山和乌鲁木齐站已升级成MK4制式和只使用薄磁带 ,而昆明站只能使用S2制式。因此 ,实现相关处理机对不同制式数据和薄磁带的兼容 ,是我国VLBI网顺利运行的关键。给出了多制式VLBI观测实验和相关处理的初步结果 ,总结了相关处理机升级后的处理能力 。

测地空间VLBI单源观测的奇异性问题

介绍了测地空间VLBI论证实验 (GEDEX)的观测方案、预期目标和已获得的实测资料概况 ,并对测地空间VLBI单源观测导致的奇异性进行了理论分析和数值检验。对空间VLBI地—空基线时延的解析表达式分析表明 ,空间VLBI天文测地参数的联合平差要求每次实验至少观测 3颗射电源。基于对法矩阵的数值检验 ,GEDEX实验的单源观测资料可用于定轨和解算地球定向参数(EOP) ,但用于地面VLBI站坐标测定时 ,地面站坐标与钟参数强相关。为了克服单源观测导致的奇异性 ,我们提出在VSOP卫星的观测过程中 ,增加地面站对其它射电源的观测 ;或者在资料处理中 ,延长观测资料的时间跨度 。

应用于深空跟踪测量的VLBI软件相关处理技术

甚长基线干涉测量(VLBI)综合孔径望远镜具有极高的空间分辨率,被广泛应用于深空探测器高精度测量。软件相关处理技术作为新的VLBI信号处理技术在国际上日益受到重视,已成功应用于深空目标跟踪测量。近年来,上海天文台在国内率先开展了有关研究,建立了具备快速条纹搜索、相位校正信号提取功能的深空跟踪VLBI软件处理机系统,并在我国首次月球探测工程和中国VLBI网对欧洲绕月探测卫星SMART-1定轨等重要观测中成功应用。本文介绍了探月工程用软件处理机结构。研究表明,VLBI软件相关处理技术具有结构灵活、使用便捷、可靠性高、扩展方便、易适应新算法等特点,特别适用于深空探测器跟踪测量。

深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法

针对我国后续深空探测任务中高精度相对定位需求,提出了采用天文同波束相位参考成图技术进行深空探测器相对定位的方法。首先建立适用于深空探测器信号特点的同波束相位参考成图相对定位模型,然后分析信号带宽和UV覆盖两个因素对测量精度的影响。最后利用我国VLBI观测网(CVN)在2013年15、20和21日接收的嫦娥三号着陆器和玉兔号巡视器下行同波束数据,处理得到了巡视器在5个环拍点相对着陆器的位置,验证了本文方法的可行性及其对探测器下行信号的强适应性。与视觉定位结果的对比表明,巡视器相对着陆器定位精度达到米级。

我国新一代VLBI数字基带转换器研制进展

数字化是目前设备研制发展的趋势,介绍了中国科学院上海天文台利用超大规模集成电路结合软件无线电技术,自主研发的我国新一代VLBI数字基带转换器(Chinese Data Acquisition System,简称CDAS)。文中描述了设备的工作原理及其组成,并以VLBI观测实验数据证明其可行性。与原有的模拟设备(Analog Baseband Convertor,简称ABBC)相比,新设备具有体积小,可靠性高,性能好,可维护性强等优点。该设备作为VLBI台站终端系统的核心部分,安装在上海、北京、昆明和乌鲁木齐等相关台站,为我国VLBI技术用于天文观测、大地测量和航天器测轨服务。

中国VLBI网软件相关处理机测地应用精度分析

为支持国际VLBI大地测量数据处理,中国VLBI网(CVN)软件相关处理机完成了功能、性能升级,提高了信噪比,实现了以国际测地通用Mk4格式数据输出结果,可以直接被VLBI通用测地后处理软件用于时延数据解算。本文通过与国外软件相关处理机DiFX的实测数据比对,系统地分析了CVN软件处理机带宽综合残余时延和时延率精度、带宽综合总时延和时延率精度、信噪比和VLBI站坐标解算值。数据显示,CVN软件相关处理机已经达到了测地数据处理的精度要求,可以用于IVS国际联测数据处理。

利用DiFX处理CVN天文观测数据进展

相关处理机是VLBI观测数据处理的核心单元,相关处理机的输出结果可以直接作为天文成图、测地学以及航天器干涉测量等应用的输入。DiFX是运行在分布式计算、共享存储单元的集群环境下最成功的软件相关处理机之一。首先介绍上海天文台DiFX综合平台的现状;然后介绍利用DiFX相关处理机处理中国VLBI网(CVN)天文观测数据的进展:最后简短展望了DiFX平台为CVN及国际VLBI天文观测提供相关处理服务的前景。可为利用该平台的相关处理结果开展科学研究提供参考。

宽带数字单边带下变频器

数字单边带下变频器是软件无线电中不可缺少的组成部分,也是射电观测中,数据采集设备的重要组成部分,由于该模块紧接高速A/D采样器之后,所以对其运算处理能力有很高的要求.本文提出了实现宽带数字单边带下变频器的一种可行方案———并行处理,可以从根本上解决数字信号处理的瓶颈效应.

VLBI观测双线极化条纹拟合方法

提出了一种可用于下一代VLBI观测系统(VGOS)的双线极化条纹拟合方法。现有的VLBI观测模式采用的是右圆极化(RCP),而VGOS系统采用的是双线极化。本文方法包括校正和组合条纹拟合两部分。校正部分选择一颗强源作为参考源,分别得到不同极化方式下的通道时延及相位校正数据,用于目标源的校正。组合条纹拟合部分将4种极化分量的可见度数据组合成伪Stokes分量,通过搜索差分星位角使伪Stokes分量的幅值达到最大,从而获得最终的时延观测量。与单极化条纹拟合相比,组合极化获得的条纹具有更高的信噪比(SNR)及更小的条纹相位弥散度。

VLBI数字基带转换器测试进展

叙述了中国科学院上海天文台正在研发的VLBI数字基带转换器的最新测试进展。首先介绍了VLBI数字基带转换器的项目背景。接着介绍了VLBI数字基带转换器的设计指标和系统组成。然后介绍了利用VLBI长基线方法测试分析VLBI数字基带转换器性能的具体过程,并且通过在VLBI观测中与传统模拟VLBI基带转换器进行了性能对比,得出结论:目前VLBI数字基带转换器在以射电源为信号源的VLBI观测中,射电源流量高时条纹信噪比优于模拟VLBI基带转换器,射电源流量低时条纹信噪比与模拟VLBI基带转换器相当,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。

实时VLBI技术

随着通信技术的发展出现了用数据通讯网络代替磁带记录与传输 ,将数据直接传至数据中心处理的实时VLBI技术 ,它包括准实时和真实时VLBI两个技术层次 ,是VLBI技术的一次飞跃。实时VLBI除具备传统VLBI的高精度、高灵敏度和全天候、全天时被动观测能力以外 ,还具有设备简化、自动化程度高、实时性、易于利用现代通信技术获得宽带能力与高灵敏度等突出特点。它在VLBI台站检测、航天器精密跟踪、UT1加强观测和传统的测地和天文学观测领域均有重要的科学意义和实用价值。

CVN硬盘系统和软件相关处理在e-VLBI试验中的应用(英文)

介绍了中国VLBI网(CVN)的e-VLBI技术研究进展。CVN包括上海佘山、乌鲁木齐南山2个固定观测站和云南昆明的流动站,以及上海天文台的2台站硬件相关处理机。2003年上海天文台自行研制了基于PC技术的VLBI数据记录、回放系统,命名为CVN硬盘系统,并成功将其安置于CVN观测站和处理机系统。硬件处理机经过改造后,已能处理来自硬盘和原有磁带系统的数据。从2003年至今,中国VLBI网采用该硬盘系统进行了多次VLBI观测和e-VLBI试验。在CVN硬盘系统基础上,软件相关处理技术的研究也得以开展。软件相关处理原型程序已经被用于台站条纹检测、卫星条纹搜索和数据处理中。该软件获得的计算结果被成功用于国内第一个3台站卫星VLBI的延迟和延迟率闭合试验,以及国内首次利用VLBI数据进行的卫星定轨试验。除此之外,该软件还用作硬件处理机的条纹引导器。为适应未来“嫦娥”月球探测工程,CVN将扩展成含有4个观测站和2个相关处理机(硬件、软件)的实时VLBI网。今后, e-VLBI将被应用于月球卫星导航以及测地和天体物理的VLBI观测。

基于ITRF97的上海和鹿岛VLBI站地壳垂直形变的VLBI测定

利用美国宇航局(NASA)在1999年的VLBI全球解(glb1123)中关于上海VLBI站与国际上13个VLBI站的基线长变化率高精度测定结果,以及日本鹿岛Kashima和Kashima 34两VLBI站分别与国际VLBI站间的相应结果,基于最近的国际地球参考架ITRF97,估计得到了上海VLBI站和日本鹿岛两VLBI站相对于板块稳定区的地壳垂直形变率分别为-1.91±0.56 mm/yr、-3.72±0.74 mm/yr和-8.81±0.84mm/yr,表明上海VLBI站存在每年近2毫米的下降,讨论并证实日本鹿岛两VLBI站的地壳垂直形变速率是不一致的;基于不同板块运动模型的欧拉旋转矢量,估计得到了上述3站的水平形变速率;还估计给出了太平洋板块中部的形变率结果.

中国VLBI网相关处理机研制进展

经过数年的艰苦努力，中国ＶＬＢＩ网相关处理机继２０００年元月取得天文观测数据的互相关条纹后，ＶＬＢＩ技术实验室的研究人员又为提高相关处理机工作稳定性和处理结果质量进行了大量的软硬件调试工作，获得了较为稳定的相关处理机工作状态。于２０００年８月获得射电源ＤＡ１９３在余山－南山基线上的清晰互相关条纹．经验证，互相关条纹的相位变化值与台站时延补偿修改值相符．中国ＶＬＢＩ网相关处理机是一架两台站相关处理机。它由两台数据流量总计达每秒６４８兆位的高速大容量磁带回放系统和接口电路、高速ＦＦＴ和交叉相乘模块以及长期累加和控制部件组成．每台站最大信号带宽为１２８ＭＨｚ．其高速ＦＦＴ和交叉相乘模块每秒钟可同时连续进行１３８亿次以上的浮点乘法和３０９亿次以上的浮点加法运算．

小数时延补偿算法的设计及应用

小数时延补偿是数字信号处理中的一个难点,在VLBI、阵列信号处理和其它应用领域有多种实现方法。比较了几种常用的时延补偿方法:频域补偿法、基于最小均方误差准则滤波法、拉格朗日(Lagrange)插值法和基于Farrow结构的滤波器组的方法,得到的结论是相对于频域补偿法和其他时域补偿的方法,Lagrange插值法具有操作简单、易于实现、适用范围广的优点,而采用Farrow结构对时延变化的控制能力会更强。采用Farrow结构与Lagrange插值相结合能够获得比较理想的插值效果。详细介绍了基于Farrow结构的Lagrange插值滤波器组的设计及在遥测阵信号处理中的应用,并与已有的频域补偿方法作了比较。