射電天體測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 射電天體測(cè)量學(xué)的研究?jī)?nèi)容和意義 1
1.1.1 射電天體測(cè)量學(xué)的研究?jī)?nèi)容 1
1.1.2 射電天體測(cè)量的意義和應(yīng)用 1
1.1.3 射電天體測(cè)量的主要觀測(cè)設(shè)備——射電干涉儀 6
1.2 射電天體測(cè)量發(fā)展歷史簡(jiǎn)介 6
1.2.1 射電干涉儀的誕生及早期射電巡天觀測(cè) 7
1.2.2 連線射電干涉儀(CEI)天體測(cè)量 10
1.2.3 甚長(zhǎng)基線干涉儀(VLBI)天體測(cè)量 16
1.3 我國(guó)射電天體測(cè)量發(fā)展歷史簡(jiǎn)介 32
1.3.1 初創(chuàng)時(shí)期 32
1.3.2 我國(guó)VLBI測(cè)量網(wǎng)、站的建設(shè) 33
1.3.3 開(kāi)展的幾項(xiàng)射電天體測(cè)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(chēng)與編號(hào) 49
A1.1.5 射電源歷元B1950-J2000轉(zhuǎn)換 50
A1.1.6 射電天體測(cè)量觀測(cè)的射電源 52
第2章 射電干涉測(cè)量幾何原理 55
2.1 幾何時(shí)延定義 55
2.2 幾何時(shí)延和時(shí)延率計(jì)算公式 56
2.3 滯后基線 59
2.4 射電干涉測(cè)量觀測(cè)量的靈敏度 61
2.4.1 射電干涉測(cè)量觀測(cè)量 61
2.4.2 射電干涉測(cè)量定位測(cè)量的靈敏度 62
2.5 射電干涉測(cè)量的分辨率 64
2.6 參數(shù)解算*少觀測(cè)量 68
附錄A2.1 射電波的相時(shí)延與群時(shí)延 70
A2.1.1 波的相時(shí)延與群時(shí)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(cè)量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 73
3.1 總體方案設(shè)計(jì)要點(diǎn) 73
3.1.1 射電干涉測(cè)量系統(tǒng)的組成 73
3.1.2 射電干涉測(cè)量系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 76
3.2 新一代大地測(cè)量/天體測(cè)量VLBI系統(tǒng)(VGOS)簡(jiǎn)介 97
3.2.1 VGOS的提出和主要科學(xué)目標(biāo) 97
3.2.2 VGOS方案設(shè)計(jì)與論證 99
3.2.3 VGOS系統(tǒng)主要設(shè)備的設(shè)計(jì) 102
3.2.4 VGOS的驗(yàn)證觀測(cè) 104
3.3 中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)VGOS系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jī) 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(shè)備 109
3.3.7 高穩(wěn)定度時(shí)頻系統(tǒng) 110
3.3.8 標(biāo)校設(shè)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(jī)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(guān)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(yuǎn)鏡靈敏度有關(guān)計(jì)算公式 121
A3.3.1 射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)靈敏度 121
A3.3.2 射電望遠(yuǎn)鏡天線增益計(jì)算公式 122
第4章 射電干涉測(cè)量信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理 124
4.1 射電干涉測(cè)量的互相關(guān)函數(shù) 124
4.1.1 互相關(guān)與互功率譜原理 124
4.1.2 CEI的相關(guān)函數(shù) 125
4.1.3 VLBI的相關(guān)函數(shù) 130
4.1.4 帶寬效應(yīng) 133
4.1.5 歸一化相關(guān)函數(shù)與相關(guān)系數(shù) 134
4.1.6 互相關(guān)函數(shù)和互功率譜的復(fù)數(shù)表示 138
4.2 射電干涉測(cè)量觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理 140
4.2.1 數(shù)據(jù)采集與量化 140
4.2.2 相關(guān)處理機(jī)類(lèi)型 141
4.2.3 XF型相關(guān)處理機(jī)的數(shù)據(jù)處理流程 143
4.2.4 FX型相關(guān)處理機(jī)的數(shù)據(jù)處理流程 146
4.2.5 中國(guó)VLBI網(wǎng)的軟件相關(guān)處理機(jī)簡(jiǎn)介 148
4.2.6 干涉條紋搜索 154
4.3 相關(guān)后處理 157
4.3.1 CVN軟件處理機(jī)的輸出文件的內(nèi)容和格式 157
4.3.2 單通道相關(guān)后處理 158
4.3.3 多通道相關(guān)后處理 166
4.4 觀測(cè)值精度的估算 170
4.4.1 干涉條紋相關(guān)系數(shù)的理論值計(jì)算 170
4.4.2 信噪比理論值的計(jì)算 170
4.4.3 射電干涉測(cè)量觀測(cè)值的誤差估算 171
4.5 VGOS觀測(cè)數(shù)據(jù)處理 173
4.5.1 概述 173
4.5.2 相關(guān)處理 174
4.5.3 通道殘余時(shí)延與時(shí)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(shí)延與dTEC同時(shí)解算 178
4.5.8 數(shù)據(jù)文件的生成 180
第5章 射電干涉測(cè)量理論模型 181
5.1 參考坐標(biāo)系 182
5.1.1 國(guó)際天球參考系 182
5.1.2 國(guó)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(shí)施 187
5.1.5 GCRS與ITRS間的轉(zhuǎn)換 192
5.2 時(shí)間系統(tǒng) 194
5.2.1 時(shí)間系統(tǒng)的種類(lèi) 194
5.2.2 時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 197
5.3 廣義相對(duì)論時(shí)延模型 200
5.3.1 平面波時(shí)延 202
5.3.2 球面波時(shí)延 206
5.4 引力時(shí)延 208
5.5 測(cè)站位置運(yùn)動(dòng) 209
5.5.1 板塊運(yùn)動(dòng) 210
5.5.2 固體潮 212
5.5.3 海潮載荷的測(cè)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(shí)延 228
5.6.1 中性大氣時(shí)延 228
5.6.2 電離層時(shí)延 231
5.7 觀測(cè)設(shè)備時(shí)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(shí)延模型 238
5.8.1 射電源結(jié)構(gòu)時(shí)延理論模型 239
5.8.2 射電源結(jié)構(gòu)時(shí)延的計(jì)算實(shí)例 240
附錄A5.1 坐標(biāo)系繞坐標(biāo)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(cè)量與大地測(cè)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(shí)延模型 248
6.2.2 鐘差時(shí)延模型 252
6.2.3 中性大氣濕成分時(shí)延模型 253
6.3 函數(shù)模型線性化與偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算公式 255
6.3.1 函數(shù)模型線性化 255
6.3.2 時(shí)延觀測(cè)值對(duì)射電源赤經(jīng)、赤緯的偏導(dǎo)數(shù) 256
6.3.3 時(shí)延觀測(cè)值對(duì)測(cè)站坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù) 256
6.3.4 時(shí)延觀測(cè)值對(duì)EOP參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù) 257
6.3.5 時(shí)延觀測(cè)值對(duì)于鐘差模型參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù) 259
6.3.6 時(shí)延觀測(cè)值對(duì)于大氣濕時(shí)延與大氣梯度模型參數(shù)的偏導(dǎo)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(zhǔn)備 261
6.4.2 “O-C?”的計(jì)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(yàn)值改正數(shù)的解算及精度評(píng)估 274
6.5.3 參數(shù)約束*小二乘法的應(yīng)用 275
6.6 相時(shí)延的應(yīng)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(guò)程 285
6.8 射電干涉測(cè)量觀測(cè)值的相關(guān)性 288
6.8.1 概述 288
6.8.2 射電干涉測(cè)量觀測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性的檢測(cè)方法 290
6.8.3 相關(guān)觀測(cè)值的參數(shù)解算方法 292
6.8.4 相關(guān)觀測(cè)值參數(shù)解算實(shí)例 293
第7章 相對(duì)射電天體測(cè)量 295
7.1 相對(duì)射電天體測(cè)量的基本方法 295
7.1.1 相時(shí)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(shí)間與空間相干性 299
7.1.4 相位參考誤差的時(shí)間項(xiàng)與空間項(xiàng) 301
7.2 影響相對(duì)天體測(cè)量精度的因素 302
7.2.1 幾何時(shí)延和鐘 303
7.2.2 傳播介質(zhì) 303
7.3 提高相對(duì)天體測(cè)量精度的方法 305
7.3.1 類(lèi)測(cè)地VLBI觀測(cè)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(cè)方法 308
7.4 相對(duì)天體測(cè)量的應(yīng)用 309
7.4.1 天體物理學(xué) 309
7.4.2 深空探測(cè)的應(yīng)用 313
7.5 展望 314
附錄A7.1 VLBI周年視差測(cè)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(cè)效應(yīng) 315
A7.1.3 視差擬合的思路 316
A7.1.4 *小二乘求解視差時(shí)的加權(quán) 317
第8章 射電天體測(cè)量應(yīng)用于航天工程(一) 319
8.1 概述 319
8.2 航天器射電干涉測(cè)量的特點(diǎn) 320
8.2.1 實(shí)時(shí)性要求 320
8.2.2 有限距離 321
8.2.3 信號(hào)特點(diǎn) 322
8.2.4 飛行軌道 324
8.2.5 介質(zhì)時(shí)延改正 325
8.3 差分DOR技術(shù) 327
8.3.1 觀測(cè)模式 327
8.3.2 DOR信號(hào)結(jié)構(gòu) 329
8.3.3 ?DOR觀測(cè)值的計(jì)算方法 330
8.3.4 誤差來(lái)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(cè)量定位技術(shù) 346
8.6.1 幾何法絕對(duì)定位原理 346
8.6.2 幾何絕對(duì)定位應(yīng)用舉例 353
8.6.3 同波束月面相對(duì)定位舉例 356
8.6.4 相位參考成圖法相對(duì)定位 359
第9章 射電天體測(cè)量應(yīng)用于航天工程(二) 362
9.1 航天器定軌理論概述 362
9.1.1 運(yùn)動(dòng)方程 363
9.1.2 狀態(tài)方程 364
9.1.3 觀測(cè)方程 365
9.1.4 估值方法 365
9.1.5 VLBI測(cè)量模型建立 367
9.2 定軌中涉及的時(shí)間和坐標(biāo)系統(tǒng) 370
9.2.1 時(shí)間系統(tǒng) 370
9.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng) 372
9.3 VLBI在“嫦娥三號(hào)”月球探測(cè)器定軌中的應(yīng)用 379
9.3.1 CE-3工程測(cè)軌概況 380
9.3.2 軌道計(jì)算基本策略 382
9.3.3 數(shù)據(jù)分析和討論 383
9.4