射電天體測量學基礎

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 射電天體測量學的研究內(nèi)容和意義 1
1.1.1 射電天體測量學的研究內(nèi)容 1
1.1.2 射電天體測量的意義和應用 1
1.1.3 射電天體測量的主要觀測設備——射電干涉儀 6
1.2 射電天體測量發(fā)展歷史簡介 6
1.2.1 射電干涉儀的誕生及早期射電巡天觀測 7
1.2.2 連線射電干涉儀(CEI)天體測量 10
1.2.3 甚長基線干涉儀(VLBI)天體測量 16
1.3 我國射電天體測量發(fā)展歷史簡介 32
1.3.1 初創(chuàng)時期 32
1.3.2 我國VLBI測量網(wǎng)、站的建設 33
1.3.3 開展的幾項射電天體測量工作 40
附錄A1.1 宇宙射電與射電源 44
A1.1.1 電磁波與射電波段 44
A1.1.2 電磁波的大氣窗口 45
A1.1.3 射電源特性 46
A1.1.4 射電源表及射電源的名稱與編號 49
A1.1.5 射電源歷元B1950-J2000轉(zhuǎn)換 50
A1.1.6 射電天體測量觀測的射電源 52
第2章 射電干涉測量幾何原理 55
2.1 幾何時延定義 55
2.2 幾何時延和時延率計算公式 56
2.3 滯后基線 59
2.4 射電干涉測量觀測量的靈敏度 61
2.4.1 射電干涉測量觀測量 61
2.4.2 射電干涉測量定位測量的靈敏度 62
2.5 射電干涉測量的分辨率 64
2.6 參數(shù)解算*少觀測量 68
附錄A2.1 射電波的相時延與群時延 70
A2.1.1 波的相時延與群時延概念 70
A2.1.2 相速度 70
A2.1.3 群速度 71
第3章 射電干涉測量系統(tǒng)方案設計 73
3.1 總體方案設計要點 73
3.1.1 射電干涉測量系統(tǒng)的組成 73
3.1.2 射電干涉測量系統(tǒng)的方案設計 76
3.2 新一代大地測量/天體測量VLBI系統(tǒng)(VGOS)簡介 97
3.2.1 VGOS的提出和主要科學目標 97
3.2.2 VGOS方案設計與論證 99
3.2.3 VGOS系統(tǒng)主要設備的設計 102
3.2.4 VGOS的驗證觀測 104
3.3 中國科學院上海天文臺VGOS系統(tǒng)簡介 105
3.3.1 綜述 105
3.3.2 高轉(zhuǎn)速、超寬帶天線系統(tǒng) 106
3.3.3 致冷低噪聲接收機 107
3.3.4 上下變頻器 108
3.3.5 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 108
3.3.6 高速數(shù)據(jù)記錄設備 109
3.3.7 高穩(wěn)定度時頻系統(tǒng) 110
3.3.8 標校設備 111
3.3.9 管控系統(tǒng) 112
附錄A3.1 射電波的偏振 113
A3.1.1 射電波偏振的概念 113
A3.1.2 線偏振 114
A3.1.3 圓偏振 115
A3.1.4 橢圓偏振 116
A3.1.5 隨機偏振 117
A3.1.6 斯托克斯參數(shù) 117
附錄A3.2 拋物面天線有關參數(shù) 118
A3.2.1 天線功率方向圖 118
A3.2.2 主瓣寬度、主瓣效率與天線效率 119
附錄A3.3 射電望遠鏡靈敏度有關計算公式 121
A3.3.1 射電望遠鏡系統(tǒng)靈敏度 121
A3.3.2 射電望遠鏡天線增益計算公式 122
第4章 射電干涉測量信號分析和數(shù)據(jù)處理 124
4.1 射電干涉測量的互相關函數(shù) 124
4.1.1 互相關與互功率譜原理 124
4.1.2 CEI的相關函數(shù) 125
4.1.3 VLBI的相關函數(shù) 130
4.1.4 帶寬效應 133
4.1.5 歸一化相關函數(shù)與相關系數(shù) 134
4.1.6 互相關函數(shù)和互功率譜的復數(shù)表示 138
4.2 射電干涉測量觀測數(shù)據(jù)的相關處理 140
4.2.1 數(shù)據(jù)采集與量化 140
4.2.2 相關處理機類型 141
4.2.3 XF型相關處理機的數(shù)據(jù)處理流程 143
4.2.4 FX型相關處理機的數(shù)據(jù)處理流程 146
4.2.5 中國VLBI網(wǎng)的軟件相關處理機簡介 148
4.2.6 干涉條紋搜索 154
4.3 相關后處理 157
4.3.1 CVN軟件處理機的輸出文件的內(nèi)容和格式 157
4.3.2 單通道相關后處理 158
4.3.3 多通道相關后處理 166
4.4 觀測值精度的估算 170
4.4.1 干涉條紋相關系數(shù)的理論值計算 170
4.4.2 信噪比理論值的計算 170
4.4.3 射電干涉測量觀測值的誤差估算 171
4.5 VGOS觀測數(shù)據(jù)處理 173
4.5.1 概述 173
4.5.2 相關處理 174
4.5.3 通道殘余時延與時延率精調(diào) 175
4.5.4 頻段內(nèi)各通道的相位校正 176
4.5.5 頻道綜合 176
4.5.6 偏振合成 177
4.5.7 殘余時延與dTEC同時解算 178
4.5.8 數(shù)據(jù)文件的生成 180
第5章 射電干涉測量理論模型 181
5.1 參考坐標系 182
5.1.1 國際天球參考系 182
5.1.2 國際地球參考系 183
5.1.3 IAU2000、IAU2006決議 184
5.1.4 IAU 2000/2006參考系的實施 187
5.1.5 GCRS與ITRS間的轉(zhuǎn)換 192
5.2 時間系統(tǒng) 194
5.2.1 時間系統(tǒng)的種類 194
5.2.2 時間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換關系 197
5.3 廣義相對論時延模型 200
5.3.1 平面波時延 202
5.3.2 球面波時延 206
5.4 引力時延 208
5.5 測站位置運動 209
5.5.1 板塊運動 210
5.5.2 固體潮 212
5.5.3 海潮載荷的測站位移 222
5.5.4 極潮 224
5.5.5 海洋極潮 226
5.5.6 S1-S2大氣潮 227
5.6 傳播介質(zhì)時延 228
5.6.1 中性大氣時延 228
5.6.2 電離層時延 231
5.7 觀測設備時延模型 234
5.7.1 天線重力形變 234
5.7.2 天線熱形變 237
5.8 射電源結(jié)構(gòu)時延模型 238
5.8.1 射電源結(jié)構(gòu)時延理論模型 239
5.8.2 射電源結(jié)構(gòu)時延的計算實例 240
附錄A5.1 坐標系繞坐標軸旋轉(zhuǎn)??角的旋轉(zhuǎn)矩陣 241
附錄A5.2 儒略歷法 242
附錄A5.3 尼爾映射函數(shù)(NMF) 242
A5.3.1 大氣干成分映射函數(shù) 243
A5.3.2 大氣濕成分映射函數(shù) 244
第6章 天體測量與大地測量參數(shù)解算 245
6.1 概述 245
6.2 函數(shù)模型的建立 248
6.2.1 幾何時延模型 248
6.2.2 鐘差時延模型 252
6.2.3 中性大氣濕成分時延模型 253
6.3 函數(shù)模型線性化與偏導數(shù)計算公式 255
6.3.1 函數(shù)模型線性化 255
6.3.2 時延觀測值對射電源赤經(jīng)、赤緯的偏導數(shù) 256
6.3.3 時延觀測值對測站坐標的偏導數(shù) 256
6.3.4 時延觀測值對EOP參數(shù)的偏導數(shù) 257
6.3.5 時延觀測值對于鐘差模型參數(shù)的偏導數(shù) 259
6.3.6 時延觀測值對于大氣濕時延與大氣梯度模型參數(shù)的偏導數(shù) 260
6.4 誤差方程式的建立 261
6.4.1 起始數(shù)據(jù)的準備 261
6.4.2 “O-C?”的計算 261
6.4.3 誤差方程式的組成 263
6.5 法方程式的建立與參數(shù)解算 273
6.5.1 法方程式的建立 273
6.5.2 參數(shù)先驗值改正數(shù)的解算及精度評估 274
6.5.3 參數(shù)約束*小二乘法的應用 275
6.6 相時延的應用 277
6.7 綜合解算 283
6.7.1 綜合解算的原理 283
6.7.2 綜合解算過程 285
6.8 射電干涉測量觀測值的相關性 288
6.8.1 概述 288
6.8.2 射電干涉測量觀測數(shù)據(jù)相關性的檢測方法 290
6.8.3 相關觀測值的參數(shù)解算方法 292
6.8.4 相關觀測值參數(shù)解算實例 293
第7章 相對射電天體測量 295
7.1 相對射電天體測量的基本方法 295
7.1.1 相時延擬合與相位參考 296
7.1.2 相位參考的基本原理 297
7.1.3 差分相位的時間與空間相干性 299
7.1.4 相位參考誤差的時間項與空間項 301
7.2 影響相對天體測量精度的因素 302
7.2.1 幾何時延和鐘 303
7.2.2 傳播介質(zhì) 303
7.3 提高相對天體測量精度的方法 305
7.3.1 類測地VLBI觀測方法 305
7.3.2 相位擬合法 306
7.3.3 多參考源方法 307
7.3.4 其他觀測方法 308
7.4 相對天體測量的應用 309
7.4.1 天體物理學 309
7.4.2 深空探測的應用 313
7.5 展望 314
附錄A7.1 VLBI周年視差測量基本原理 314
A7.1.1 周年視差的定義 314
A7.1.2 視差的觀測效應 315
A7.1.3 視差擬合的思路 316
A7.1.4 *小二乘求解視差時的加權(quán) 317
第8章 射電天體測量應用于航天工程(一) 319
8.1 概述 319
8.2 航天器射電干涉測量的特點 320
8.2.1 實時性要求 320
8.2.2 有限距離 321
8.2.3 信號特點 322
8.2.4 飛行軌道 324
8.2.5 介質(zhì)時延改正 325
8.3 差分DOR技術(shù) 327
8.3.1 觀測模式 327
8.3.2 DOR信號結(jié)構(gòu) 329
8.3.3 ?DOR觀測值的計算方法 330
8.3.4 誤差來源 334
8.4 偽碼?DOR技術(shù) 342
8.5 Ka波段?DOR技術(shù) 344
8.6 航天器射電干涉測量定位技術(shù) 346
8.6.1 幾何法絕對定位原理 346
8.6.2 幾何絕對定位應用舉例 353
8.6.3 同波束月面相對定位舉例 356
8.6.4 相位參考成圖法相對定位 359
第9章 射電天體測量應用于航天工程(二) 362
9.1 航天器定軌理論概述 362
9.1.1 運動方程 363
9.1.2 狀態(tài)方程 364
9.1.3 觀測方程 365
9.1.4 估值方法 365
9.1.5 VLBI測量模型建立 367
9.2 定軌中涉及的時間和坐標系統(tǒng) 370
9.2.1 時間系統(tǒng) 370
9.2.2 坐標系統(tǒng) 372
9.3 VLBI在“嫦娥三號”月球探測器定軌中的應用 379
9.3.1 CE-3工程測軌概況 380
9.3.2 軌道計算基本策略 382
9.3.3 數(shù)據(jù)分析和討論 383
9.4