依巴谷卫星和哈勃空间望远镜的天体测量观测结果

综述了以下几个方面的工作：（1）依巴谷卫星30个月观测资料（占总观测量的80％）的初步处理结果；（2）空间望远镜精密导星传感器（FGS）的性能测试；（3）依巴谷卫星和空间望远镜近期在观测和仪器改进上的进展；（4）我们开展空间天体测量工作的概况。

Cassini图像中受散射光影响的7颗土星近环内卫星的天体测量

卡西尼号探测器携带了光学成像科学子系统(ISS:Imaging Science Subsystem),在2004-2017年间拍摄了一些土星内卫星的图像.部分图像中土星内卫星非常靠近土星环,观测对象受土星环散射光影响导致测量精度差,甚至无法测量.由此提出一种适用于这类图像的背景消除算法,可对受土星光环散射光影响的土星内卫星进行测量.归算了7颗近环内卫星(土卫十(Janus)、土卫十一(Epimetheus)、土卫十五(Atlas)、土卫十六(Prometheus)、土卫十七(Pandora)、土卫三十二(Methone)和土卫四十九(Anthe))的70张ISS图像,并与不消除散射光的方法进行了比较.结果显示,该方法至少可以提高43%的精度.和喷气推进实验室的土星卫星历表SAT415相比,测量得到的赤经和赤纬方向的残差均值分别为0.72km和2.26km,标准差分别为10.99km和11.36km.

Hipparcos后的昴星团距离

详细介绍了Hipparcos测定的昴星团距离与以往地面测定结果比较所出现的差异、近年来对昴星团距离新的测定和对Hipparcos数据作的重新处理以及对造成不一致的原因所进行的探讨，最后对有关进展加以评述。

土星主要卫星天体测量定标试验

在地面望远镜观测土星主要卫星的精确定位中,目前普遍采用CCD成像技术。为了测量视场中暗卫星的位置,常采用4颗主要卫星(土卫三-土卫六)进行定标。鉴于技术的进步,目前CCD视场正在逐步增加,如何精确定标图像值得研究。利用2010年1月20日在云南天文台1 m望远镜上观测的不同取向的105幅CCD图像进行了试验研究。采用了美国喷气推进实验室土星主要卫星历表和美国海军天文台的UCAC4恒星星表进行计算,相对于不同的参考对象进行定标。结果表明,采用4颗主要卫星进行定标并测量离卫星较近的观测对象时具有较好的测量准确度和内部精度。测量离定标星较远的卫星时,这种定标方法具有较大的不确定性。采用6颗主要卫星(土卫三-土卫八)进行定标,所有卫星的测量结果具有更好的外部和内部符合。即便如此,采用四常数模型和六常数模型定标的结果都不是令人满意,这揭示CCD视场存在明显的扭曲效应。如果采用视场中的恒星定标,卫星的外部符合和内部精度明显变差,这说明UCAC4恒星参考星表也不是理想的定标用参考星表。

未来10年天体测量的发展

首先回顾了依巴谷卫星的观测结果在天文学上的意义， 同时指出其不足之处： 极限星等仅为１２ｍａｇ ， 自行精度不够高等。介绍了正在进行的各种地面上的暗星扩充计划， 如ＴＡＣ、ＳＤＳＳ、ＵＣＡＣ－ Ｓ、ＰＯＳＳ 等， 并对它们的预期目标、观测计划和目前进展情况作了详细描述。叙述了未来１０ 年可能实施的几个空间天体测量计划， 如欧洲空间局的ＧＡＩＡ、美国喷气推进实验室的ＳＩＭ、德国的ＤＩＶＡ、美国海军天文台的ＦＡＭＥ 和俄罗斯普尔科沃天文台的ＳＴＲＵＶＥ 等。重点论述了高精度、高分辨率的天体测量资料在天体物理学上的应用前景。

Gaia DR2星表及其与Hipparcos星表的比较

星表是实现天文测量、航天器自主导航等领域的重要参数之一,其精度水平直接影响着天文定位定向、航天器导航的精度,研究不同星表系统之间的差异对提升天文定位定向的精度意义重大。Hipparcos星表是天文测量中广泛使用的星表之一,2018-04-25欧空局ESA(European Space Agency)发布了Gaia Data Release 2(Gaia DR2),其精度相对Hipparcos星表有了极大的提升。为此对Gaia DR2星表进行了信息提取,完成了Hipparcos星表和Gaia DR2星表的交叉识别,对比两星表在J1991.25/J2015.5历元的系统差异,并利用Novas分析了两星表在J2000.0和J2020.0历元的视位置差异。结果表明,与Gaia DR2星表相比,在J2015.5历元Hipparcos星表存在约5 mas的系统差,随着远离J1991.25,Hipparcos星表的误差成倍增加,Gaia DR2星表的使用能有效提高恒星视位置计算的精度,进而有助于提高天文测量的精度。

基于天体测量法探测系外行星的仿真模拟与轨道求解算法

天体测量法是探测系外行星一种有效的手段,具有其他探测方法所不具备的独特优势,如可以探测到行星的3维轨道参数及确定行星的质量等,这些将为现有的行星样本提供重要补充.高精度的空间天体测量卫星Gaia(Global Astrometric Interferometer for Astrophysics)在2013年成功发射升空,可以预期未来基于其探测数据,将可能发现大量的长周期类木行星.针对αCentauri A、HD 62509和GJ 876系统,根据Gaia单次天体测量精度生成对应的仿真数据,使用Lomb-Scargle周期谱分析行星轨道周期信号,并采用Markov Chain Monte Carlo(MCMC)算法对行星系统进行轨道反演,得到的结果与行星的初始参数相吻合.

NTSC 50cm光学望远镜的天体测量精度评估

通过6个不同天区梅西耶天体的CCD观测图像,对中国科学院国家授时中心(NTSC)新建的50 cm光学望远镜进行了天体测量精度评估,确定本系统数字图像数据归算的最佳底片常数模型为3阶(20常数)模型。在此基础上,对地球同步卫星和不规则天然卫星(木卫六)进行试验观测和数据分析。结果表明:对于地球同步卫星,在赤经和赤纬方向的内符合精度分别为0.320″和0.280″,而木卫六在赤经方向和赤纬方向的观测精度分别为0.100″和0.105″。较好的天体测量精度说明了本套光学观测系统完全可以满足地球同步卫星和较亮天然卫星精密定位观测的需求。

STEP天体测量误差源分析

系外类地行星空间探测计划(Search for Terrestrial Exo-Planets,以下简称"STEP")采用天体测量法和微像素级焦平面定标测量技术,设计望远镜焦平面检测精度达到1μas.在假定焦平面设计能达到检测精度的前提条件下,系统分析了恒星自行、视差、卫星速度和位置、光学系统的光心等关键因素对检测系外行星的影响.有别于传统的窄视场照相底片常数法,提出了一种恒星相对角距测量方法,以检测由于可能存在的系外行星而引起星对角距变化的非线性项,消除了传统窄视场天体测量中参考星位置和自行精度对检测系外行星的直接影响.针对同一天区内的8颗参考星和1颗具有行星系统的待测星,分别模拟出5 yr内的观测数据,利用最小二乘法进行处理,发现基于STEP自身1μas的观测精度,在这种情况下是可以观测到类地行星的.

土星卫星的天文底片数字化和位置测量

在天文底片数字化工作中,利用高端商用扫描仪可能是一条简单而有效的途径.针对1988年云南天文台1m RCC(Ritchey Chretien Coude)望远镜拍摄的6张土星卫星天文底片,探讨了利用Epson公司10000XL商用扫描仪的底片数字化技术和数据处理方法.基于底片数字化图像和UCAC2(The Second US Naval Observatory CCD Astrograph Catalog)参考星表,重新测量土星卫星的位置.通过与IMCCE(Institut de Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides)提供的土卫历表位置比较表明,土星卫星的定位结果在赤经和赤纬方向上的残差均值分别为0.056″和0.009″,在赤经和赤纬方向上残差的标准偏差分别为0.106″和0.089″.

基于CHES卫星的模拟观测与轨道反演

迄今为止,视向速度法与凌星法发现了绝大多数系外行星,天体测量法与之相比在行星轨道参数和质量确定等方面具有独特优势.近邻宜居行星巡天计划(Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES)拟基于微角秒级空间天体测量方法搜寻太阳系近邻(距离太阳约10 pc)的100颗类太阳型恒星周围的宜居带类地行星;开展近邻行星系统的全面普查,获取行星真实质量和三维轨道参数,建立完备的近邻系外行星数据库.基于CHES卫星的观测模式与科学目标,针对Alpha Centauri A、模拟太阳系系统、51 Peg与黑洞Cyg X-1进行了模拟观测,生成了天体测量仿真数据,使用Lomb-Scargle与贝叶斯信息准则(Bayesian information criteria,BIC)两种周期谱分析行星轨道周期信号,并采用Markov Chain Monte Carlo(MCMC)算法对行星系统进行轨道反演,获得的结果与行星初始参数吻合.进一步讨论了参考星周围存在的巨行星对于宜居行星探测的影响,利用BIC周期谱方法可识别周围可能存在行星的参考星.

卫星双向法时间比对的归算

卫星双向法比对原理为两个台站同步发送和接收时间信号,可消除传递路径误差,因此比对精度高.它的缺点是效率低、占用大量卫星时间,也不适于自动化操作.现正在研制的终端可多台站同时观测,克服了上述缺点.利用新的终端提出一种新的处理方法,研究表明多台站观测的同时性有更多的信息可提取.以提高比对精度.

中高轨卫星广播星历精度分析

GPS广播星历参数具有物理意义明确、参数少、精度高等优点,可以考虑将它应用于其他卫星导航系统。但是GPS系统的卫星构成比较单一,而其他卫星导航系统可能包含中地球轨道 (MEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和地球静止轨道(GEO)等多种不同类型的中高轨卫星。分析了采用GPS广播星历参数时,MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合精度,特别讨论了轨道倾角接近于0的GEO卫星的广播星历拟合精度,并给出了相应的改进措施。计算表明,对于 MEO卫星,2 h的广播星历拟合精度(三维位置)可达厘米级;对于IGSO卫星和轨道倾角较大的GEO卫星,4 h的广播星历拟合精度约为0．1 m,径向位置误差在厘米量级;而对于轨道倾角接近于0的GEO卫星,若不采取特殊措施,由于轨道倾角和升交点经度统计相关,其广播星历拟合精度很差,为此提出了一种坐标转换方法。采用此方法后的广播星历拟合精度可达0．1 m,径向位置误差为厘米量级。

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．

卫星双向时间比对及其误差分析

介绍了卫星双向时间比对(TWSTT)方法的发展过程及其基本原理,讨论了TWSTT的误差源,分析了各误差源对比对精度的影响.得出影响TWSTT精度的主要误差源为设备时延误差和路径传播时延误差,而由于卫星和地面站运动引起的误差相对较小,从而给出了实际应用时不同比对精度下需要考虑的误差源及对误差源的精度要求.

北斗三号试验卫星的钟差评估及预报

目前,在轨的5颗新一代北斗卫星(北斗三号)可同时向用户播发北斗二号信号与新的卫星信号,而且北斗三号搭载了高精度的铷钟或被动氢钟.因北斗三号的星钟作为卫星导航、定位和授时服务的主要载荷组成部分,为分析北斗三号卫星钟的时频性能,采用北斗数据处理与分析中心估计的卫星钟差产品评估北斗三号卫星钟的频率稳定度、漂移率和准确度.同时,考虑到北斗三号卫星钟精度较差且存在频繁的相位跳变以及数据中断等问题,筛选出了一种最优的钟差预报模型,即对频率数据进行建模并采用抗差估计的方法进行参数估计.实验结果显示北斗三号钟差预报精度相对传统预报模型提升1.6%–61.9%.

用非差分方法确定单颗导航卫星的轨道

在导航系统中有时需要对单颗导航卫星进行定轨.此时由于无法组成常用的同历元单差或双差以消除卫星钟差或接收机钟差,有必要发展新的定轨策略和精度分析.该文以GPS为例,讨论在不依赖于星站间时间同步的情况下,对单颗导航卫星进行精密定轨.首先分析了GPS卫星钟差以及GPS接收机钟差的特性,发现在一定间隔内钟差主要表现为线性变化,而在去除这一线性项后,非线性钟差在3 m以内.利用GPS的伪距对单颗卫星定轨,在将钟差的主要部分作为测距的偏差和偏差变化率后,伪距测量量等价于常见的测距测量量.在利用等价的测距测量量定轨时可同时解算出偏差和偏差变化率参数.为验证该方案的可行性及其定轨精度,利用实测GPS观测数据进行了试验.结果表明,此种定轨方案定轨的径向精度优于4 m.考虑到GPS接收机的频率信号是由普通的晶振产生的,如果地面接收机采用原子钟提供的频率标准,其钟差的非线性部分将更小.模拟计算表明,采用本方案可以期望得到更高的定轨精度.

1995年天王星卫星位置观测的重新归算

研究改进了对自然卫星CCD图像进行定位量测处理的方法。经对天王星主要卫星CCD观测位置图像的计算处理表明位置精度有了明显提高 ,O -C的标准误差 (RMS)平均为 0 .0 7″。

白天用CCD摄象机对天体目标的探测及实验

文中介绍了用ＣＣＤ摄象机及相应的光学系统对天体目标的探测能力计算及白天用ＣＣＤ摄象机对天体目标的探测实验。给出了计算被测天体目标星等的计算表达式，指出白天在天空背景亮度在１２００ｃｄ／ｍ~２至２７００ｃｄ／ｍ~２时用普通低照度ＣＣＤ摄象机与大口径天文望远镜配合可探测到４至４．

由卫星的历表位置测定恒星位置

利用云南天文台1m望远镜上的1号CCD的SRT（分离读出技术）观测天王星卫星的资料，相对卫星的历表位置测定了暗恒星的位置，测定精度与目前国外天然卫星位置测定时的最好精度相当．