宽带VLBI的原理与实现

本文给出了宽带VLBI测量系统的定义 ,讨论了宽带VLBI测量系统的测量原理 ,给出了相关参量的测量方法 ,着重讨论了宽带VLBI测量系统目标接收机相位差测量的方法及其解模糊的原理 ,最后讨论了宽带VLBI测量系统地面设备的基本配置及其国内实现宽带VLBI测量系统测量的可能的方案。

VLBI全球观测系统(VGOS)研究进展

甚长基线干涉测量(VLBI)因其独具的超高空间分辨率和定位精度,使其从20世纪70年代末开始就一直是各国的大地测量学研究热点。然而目前VLBI的测量水平依旧不能满足许多需要毫米级精度的科学和工程领域的需求。为促进实现全球尺度下1mm位置精度的目标,国际VLBI大地测量与天体测量服务组织(IVS)正在推进新一代VLBI全球观测系统,即VGOS。本文从组成VGOS测站的各个子系统入手,介绍了国内外当前的进展情况及未来VGOS的发展趋势,并在最后列出了现阶段依旧面临的问题和挑战。

我国新一代VLBI网建设现状与展望

我国新一代VLBI网(CNVN)于2015年启动实质性建设。简要回顾了根据地球定向参数测定需求设计的CNVN,其由可以构成较长东西基线和南北基线、且覆盖面积尽可能广的4~6个测站组成。参照VLBI全球观测系统(VGOS)建设规范,对我国VGOS测站的设计要求作了扼要介绍。重点分析了上海余山VGOS试验站的建设现状,包括宽频馈源、低温致冷接收机、上下变频系统、后端系统及系统测试情况,表明该测站目前运行情况良好,相关性能指标达到设计要求。最后从最简测网的联调联试、与传统CVN的组网观测、参加国际VGOS联测、拓展CNVN规模和自动化运行等方面展望了下一步工作,提出了运行和维护的若干建议。

VLBI宽频低温低噪声接收机

VLBI2010系统主要目标是实现全球基线测量达到1mm的高精度要求。为满足科学研究对VLBI技术的要求,需挖掘一切潜力提高地面接收设备的接收能力。本文首先介绍了低温与制冷技术应用在微波接收机领域能有效降低接收机噪声,其次详细叙述了馈源整体制冷接收机设计方案及核心器件研制情况,最后给出样品研制测试结果。测试结果表明:系统噪声温度小于27K,在中心频率8GHz噪声温度小于12K。

基于协方差分析研究VGOS不同频段组合对群时延精度的影响

VLBI全球观测系统(VLBI Global Observing System, VGOS)是新一代的测地VLBI系统,在2~14 GHz频率范围内可自由选择最多4个频段开展观测。有别于传统测地VLBI系统采用S/X双频观测消除电离层效应,由于VGOS超宽带观测的频率范围跨度很大,必须根据多个频段的干涉条纹同时提取群时延观测量和差分电离层总电子含量。通过在干涉测量相位模型中引入电离层效应,基于协方差分析方法对群时延精度进行了定量计算,研究了VGOS不同频段组合对群时延精度的影响。利用国际VGOS实测数据对群时延精度进行了统计分析,结果表明群时延实测精度与理论分析一致,验证了时延精度计算方法的有效性。本方法可用于VGOS超宽带频率序列的选择和优化。

卫星共视与基线长度及卫星高度关系的研究

甚长基线干涉测量(VLBI)观测技术具有很高的角分辨率、位置分辨率和时延分辨率,广泛用于航天、天体测量、大地测量、行星科学、卫星导航乃至基础物理等诸多领域。中国科学院国家授时中心建立了我国第一套测地型宽带VLBI 网,观测基线长度4 000 km,并具备对射电源和卫星的宽、窄带观测能力,能够自主开展地球自转参数(EOP)测定和VLBI 卫星跟踪观测研究。研究了卫星共视角和卫星高度及基线长度的关系,在VLBI 系统在卫星共视方面针对MEO(medium earth orbit),IGSO(inclined geosynchronous orbit)可观测时段进行了研究,对导航卫星,特别是北斗卫星系统的VLBI 观测作了可行性进行分析,为宽带VLBI 观测系统观测北斗导航卫星提供了技术支撑。

VGOS候选站址的射频干扰影响与测试分析

针对我国新一代VLBI网对射频干扰(RFI)的监测需求,概述了RFI的主要来源和基本特性,研究给出了RFI对VLBI观测影响的干扰阈值。由于RFI的多样性,难以使用一种通用方法减轻RFI的每类干扰,从测站预防、预检测、预相关、后相关和综合处理等五个层次,给出了RFI的减弱或消除方法。最后,对两个VGOS测站候选站址的实测RFI数据进行了分析,表明其中一个站址在对移动通信信号作合适处理后满足建站要求,而另一个站址若要建设射电望远镜,则需要综合采用各种RFI减弱或消除措施。

一种宽带信道群时延测量方法

针对VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)系统直接相位差分法的群时延测量精度与分辨率存在矛盾,以及线性最小二乘拟合法不适用于群时延失真链路的问题,采用一种基于非线性拟合的宽带信道群时延测量方法,对出现的问题进行分析与仿真,同时进行了实验验证并获取到实测数据。仿真表明,基于非线性拟合的宽带信道群时延测量方法适用于非线性相位系统,而且群时延的测量精度优于直接相位差分法2个量级。实测数据表明,在270~370 MHz频段内,传统的直接相位差分法和线性拟合测量法已失效,而该方法群时延的测量精度优于0.1ns,由此验证非线性拟合法能够以较高精度进行附加相位和群时延特性测量。