用于VLBI测轨的PN-DOR信标研究

探测器DOR信号与射电源信号频谱特征不同引起的接收设备相位波动误差是月球和深空探测VLBI测轨的重要误差源之一。新型PN-DOR信标通过使用伪随机序列对现有DOR信标扩频调制生成,实现与射电源信号相似的频谱特征,可有效降低相位波动误差。研究PN-DOR信标在VLBI测轨应用中相位误差与带宽综合群时延误差计算方法,在此基础上通过比较相同发射功率条件下PN-DOR与DOR信标总时延误差,分析PN-DOR的适用条件。

利用VLBI加强观测解算UT1流程及精度验证

分析了加强观测的解算策略,探索出了基于国际公开数据VLBI加强观测的UT1-UTC解算流程。利用VieVS软件解算了2020—2021年国际公开的VLBI加强观测数据,对解算流程及结果进行了验证。结果表明,该解算可靠稳定且与国际同类产品一致性较好,解算结果的形式精度稳定在0.01 ms左右,UT1-UTC值与IERS C04之间存在±0.05 ms的差异,其较差的RMS在0.035 ms左右。

中国VLBI网火星快车卫星跟踪资料的定位归算

我国已经启动了火星探测计划,中国VLBI网(CVN)将肩负起相关探测器的测轨与定位任务。CVN已组织了数次对欧空局火星快车(MEX)卫星的跟踪观测,以演练、检验与完善软硬件系统。本文基于嫦娥一号探月工程中开发的定位分析软件,对CVN于2007年5月30日的MEX卫星跟踪数据进行了定位归算。结果表明,ps/s精度的时延率的定位效果明显低于ns精度的时延的定位效果。若采用时延和时延率联合定位则需要同时解算速度修正,否则,速度采用值误差将直接影响定位参数的解算精度。此次观测的时延精度约2ns至5ns,对MEX卫星的定位精度仅约0.1as。为此有必要积极尝试差分VLBI、同波束VLBI等观测方式,进一步消除观测资料的系统误差和压缩噪声水平,以提高CVN对火星卫星的定位精度。

USB与VLBI联合确定“嫦娥一号”卫星撞月点的位置

2009年3月1日,"嫦娥一号"卫星成功撞击月球,准确撞击位于月球"丰富海"的预定区域。国内USB和VLBI测控网对撞月过程进行了跟踪测量。撞月飞行段可描述为相对于月心参考系的椭圆轨道,其偏心率约为0.3。本文利用统计定轨方法,联合USB和VLBI数据确定"嫦娥一号"卫星撞月点的位置。通过对撞月前100km×15km环月轨道的测轨数据进行分析,确定了测距系统误差及光压系数参数,并应用于撞月段的短弧轨道计算。将地面接收到卫星信号的最后时刻判定为撞击时刻,根据撞月轨道计算了该时刻"嫦娥一号"在月固系中的位置。为判断该位置是否在月面,结合月面数值高程模型ULCN2005,由该点的月面经纬度确定了该点的月面高程。通过比较由轨道计算得到的落点高程与ULCN2005提供的高程差异,评估了撞月点计算的精度。

GPS/VLBI/SLR/InSAR组合在地球动力学研究中的应用

详细探讨了InSAR技术应用于地球动力学研究的巨大潜力和优势 ;讨论了InSAR与GPS等其它空间技术组合的可能性 ,提出了GPS/VLBI/SLR/InSAR组合的新设想 ,并详细讨论了该方法在地球动力学、现代地壳运动、地球体积和形状变化研究中的应用。在具体组合应用中 ,针对地壳不同形变特征给出了 3种不同的数学模型。

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。

VLBI在探月卫星定位中的应用分析

中国实施的"嫦娥"探月工程中,探月卫星的定轨测控系统由我国现有的S频段航天测控网(USB)和甚长基线干涉测量(VLBI)系统组成。系统中,VLBI技术主要为绕月卫星定轨提供卫星的角位置。本文分析了在探月项目中,VLBI单点定位的必要性。探讨了VLBI技术用于探月卫星单点定位的基本原理及其实现方法。通过算例对模拟数据进行处理,检验了方法的正确性。对结果进行分析,得出一些结论。

利用VLBI数据确定“探测一号”卫星的轨道

双星计划的“探测一号”是中国首颗真正严格意义上的科学实验卫星,其运行轨道为中国迄今所发射的卫星中距地球最远,远地点地心距达7．8万公里．采用射电天文的VLBI技术可以对“探测一号”以及更远的深空目标,如探月飞行器实现跟踪．为了验证VLBI技术在我国探月计划中的作用,上海天文台组织了国内目前仅有的上海、乌鲁木齐和昆明3个台站对“探测一号”进行试跟踪,利用对“探测一号”约两天的VLBI观测数据,确定“探测一号”卫星的轨道,对VLBI的定轨能力做初步的探讨．按照测控部门提供的初轨 (其精度仅保证跟踪)推算的轨道与VLBI时延的拟合误差平均约2 km,时延率的拟合误差平均约15 cm／s．而利用VLBI数据定轨后的拟合程度相对于初轨有了很大的改善,结果表明,单独利用VLBI时延定轨,时延的拟合精度约5．5 m,作为外部检核的VLBI时延率的拟合精度在2 cm／s左右．单独利用VLBI时延率定轨,时延率的拟合精度约为1．3 cm／s,作为外部检核的VLBI时延的拟合精度约为29 m．而若将时延和时延率数据联合定轨,采用其内符精度加权,VLBI时延和时延率的残差分别为5．5 m和 2 cm／s．为了合理地评估VLBI定轨的真实精度,利用模拟数据进行误差协方差分析,结果表明VLBI定轨精度受动力学模型误差的影响较大,由于"探测一号”卫星的动力学模型难以精确确定,所以利用两天弧段的VLBI数据确定“探测一号”卫星轨道的位置误差为km量级,而速度误差可达cm／s量级．模拟计算还表明, VLBI和USB数据联合定轨可以大大提高定轨精度．

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。

上海VLBI站相对于欧亚板块运动的测定与讨论

利用 1 988～ 1 996年共 8年的上海天文台 VLBI站与国际 VLBI站基线长度变化的精确测定结果 ,重新估计了上海 VL BI站的形变速率 ,证实了基于不同地球参考架系统对估计的上海站的运动有明显差异 ;基于最新的 ITRF96地球参考架和 Sillard等 (1 998)欧亚板块的欧拉矢量 ,估计得到上海站的地壳垂直形变速率为 -1 .95± 1 .0 2 mm/a呈下降趋势 ,水平形变速率为 1 3.5 5± 1 .2 0 mm/a,方位 77.5°± 4.5°;估计得到乌鲁木齐 VL BI站的地壳垂直形变速率为 -6 .0 8± 2 .77mm/a呈下降趋势 ,水平形变速率为 2 1 .87± 2 .5 2 mm/a,方位 45 .5°±6 .6°;进一步分别基于 NNR-NUVEL -1 A地球板块运动模型和 Zhang等 (1 999)的欧亚板块的欧拉矢量 。

组合GPS和VLBI数据建立板块运动模型

利用GPS和VLBI的组合数据,解算了北美、欧亚、太平洋等12板块之间的相对运动欧拉矢量,得到了实测的板块运动模型GVM1。与地学模型(NUVEL1A)的比较指出,GVM1大体上与地学模型一致;EURANOAM的极位置与NUVEL1A的相应极比较接近,旋转速率略微偏大;澳大利亚板块在最近几年内是稳定的;太平洋板块与其他板块对的极位置与地学模型较为接近,这表明多种技术的组合数据提高了板块运动模型建立的精确性和可靠性。

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．

VLBI测控信号群时延及相时延解算方法研究

由于探测器天线没有对准地球,遥测信号时有时无或卫星飞离地球更远,导致地面接收到的测控信号带宽变窄,使VLBI群时延测量误差增大,野值点增多。针对这些情况比较了剔除野值点加权幅度的直线拟合、剔除野值点加权幅度平方的直线拟合、剔除野值点加权幅度3次方的直线拟合和剔除野值点加权幅度4次方的直线拟合在求解测控信号群时延时的优劣,得出剔除野值点加权幅度平方的直线拟合3基线群时延闭合效果最好和可决系数平均值较大的结论,并作为测控信号群时延拟合方法。为了进一步减小VLBI时延测量误差,还研究了将含有整周模糊度的相时延在整个观测期间内进行连接,并整体移至群时延中间位置的处理方法,从而得到了含微小偏移量的相时延数据。含微小偏移量的相时延随机误差与群时延相比大幅降低,系统误差相对来说更易在定轨处理中解算。这为嫦娥二号奔向远方等信号变弱情况下的时延测量精度的提高提供了一种新方法。

一种用于同步静止卫星监测的微型VLBI网

针对地球静止轨道(GEO)卫星全天时全天候高精度的监测需求,考虑传统甚长基线干涉(VLBI)测站高成本、高投入和GEO卫星专用观测时段有限等制约条件,研发了简易型VLBI观测系统,并组建了包括上海、都匀和乌鲁木齐三站的微型VLBI网(micro VLBI network,MVN),开展了并置站测试以及对GEO卫星亚太6C的连续监测,并评估了当前MVN的观测能力。结果表明MVN扣除系统差后的单站接收精度为2 ns,各基线观测时延拟后残差约几纳秒,GEO目标实测位置精度为百米级(内外符精度分别约100 m和400 m)。不同于传统VLBI和其他GEO监测手段,MVN还具备全天时、全天候、低造价、易布设及易推广等特点,充分表明了其在GEO卫星监测领域的应用价值。

基于卫星DOR信号的VLBI相时延解算方法研究

VLBI技术是深空探测中主要的测角手段,其对与视线垂直方向上卫星的轨道和位置变化有很高的灵敏度。基于DOR信号的VLBI观测量一般是群时延,其精度一般为纳秒量级,在约2000km的基线长度上,月球探测器的位置测量误差达近百米,对深空探测器来说位置测量误差会更大。为了提高卫星测定轨测定位精度,研究了含微小偏倚量的VLBI相时延的解算算法,并利用嫦娥二号△DOR观测数据对连续观测和间断观测时的算法进行了验证。结果表明:两种观测模式下皆可行。经过比较,相时延的随机误差大幅降低。

基于我国VLBI网航天器定位归算仿真分析

结合我国VLBI观测网现状,通过仿真计算分析了观测时延噪声与系统差、预报轨道偏差和测距误差等对航天器定位归算的影响。结果表明,仅利用VLBI跟踪时附加飞行器地心距约束有利于压制定位点的弥散。3站VLBI跟踪的定位解是有偏估计,4站跟踪时要求所加约束的误差应与预报轨道偏差相当,若过大将起不到压制定位点弥散的良好效果,若过小则会在定位结果中引入系统偏差。时延与测距的观测噪声主要引起定位点序列的弥散。若观测量存在系统差则将引起定位结果的系统性偏差,而且定位点序列会发生渐近线性趋势跳变。同时,这也可以作为观测量是否存在系统差的判据。另外,若某时刻前后VLBI跟踪站存在3、4站变更,定位点序列有时发生趋势变化。分析结论对于我国后续探月和萤火计划等工程实践具有借鉴意义。

USB-VLBI综合确定SMART-1环月探测器轨道

我国绕月探测工程中"嫦娥一号"(CE-1)卫星将综合使用统一S波段系统(USB)和甚长基线干涉仪(VLBI)完成测定轨任务。为了检验USB-VLBI综合测定轨精度,测控系统于2006年5月利用欧空局(ESA)的SMART-1环月探测器进行了USB-VLBI综合测定轨试验。本文对这次试验的测轨数据进行了分析,研究了不同观测弧长和不同类型观测数据组合情况下的定轨和预报精度,得出了一些结论。

空间VLBI观测量估计大地测量参数的模拟计算

介绍了研究空间VLBI在大地测量等领域应用的意义，探讨了空间VLBI的观测量类型、观测模型及其涉及的大地测量所关心的参数；并采用1980～2004年的VLBI观测数据进行了计算，对大地测量所关心的几种参数的计算结果进行了分析。

同波束VLBI技术用于月球双探测器精密定轨及重力场解算

同波束VLBI通过同时观测两个探测器的多点频信号,可以得到两个探测器之间高精度的差分相位时延,日本月球探测计划SELENE充分体现了这一技术在月球探测器精密定轨中的贡献。本文针对采样返回的月球探测任务中,轨道器和返回器同时绕月飞行期间,研究利用同波束VLBI跟踪数据在探测器精密定轨和月球重力场仿真解算中的贡献。结果表明,加入同波束VLBI跟踪数据之后,探测器定轨精度有显著提高,改进超过一个量级。综合同波束VLBI跟踪数据解算得到的重力场模型相比于传统的USB双程测距测速数据,中低阶次位系数精度有明显改进,并且定轨精度有望能达到米级。

VLBI归心测量中的空间拟合

简要介绍VLBI归心测量的实施步骤,并较系统地推导有关的空间曲线、空间直线和空间平面等空间拟合公式。在VLBI归心测量的GPS控制点测量方面,提出联合陆态网基准站和全球IGS站的协方差阵,统一平差解算控制点在ITRF框架下的坐标的方法,并指出这种方法更适用于VLBI归心测量。