目錄
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序
前言
第1章 緒論 1
1 1 射電天體測量學的研究內容和意義 1
1 1 1 射電天體測量學的研究內容 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展歷史簡介 32
1 3 1 初創時期 32
1 3 2 我國VLBI測量網、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 射電源曆元B1950-J2000轉換 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 滯後基線 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 射電干涉測量系統的組成 73
3 1 2 射電干涉測量系統的方案設計 76
3 2 新一代大地測量/天體測量VLBI系統(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系統簡介 105
3 3 1 綜述 105
3 3 2 高轉速、超寬帶天線系統 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 高速數據采集系統 108
3 3 6 高速數據記錄設備 109
3 3 7 高穩定度時頻系統 110
3 3 8 標校設備 111
3 3 9 管控系統 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 117
附錄A3 2 抛物面天線有關參數 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據處理 124
4 1 射電干涉測量的互相關函數 124
4 1 1 互相關與互功率譜原理 124
4 1 2 CEI的相關函數 125
4 1 3 VLBI的相關函數 130
4 1 4 帶寬效應 133
4 1 5 歸一化相關函數與相關係數 134
4 1 6 互相關函數和互功率譜的複數表示 138
4 2 射電干涉測量觀測數據的相關處理 140
4 2 1 數據采集與量化 140
4 2 2 相關處理機類型 141
4 2 3 XF型相關處理機的數據處理流程 143
4 2 4 FX型相關處理機的數據處理流程 146
4 2 5 中國VLBI網的軟件相關處理機簡介 148
4 2 6 干涉條紋搜索 154
4 3 相關後處理 157
4 3 1 CVN軟件處理機的輸出文件的內容和格式 157
4 3 2 單通道相關後處理 158
4 3 3 多通道相關後處理 166
4 4 觀測值精度的估算 170
4 4 1 干涉條紋相關係數的理論值計算 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觀測數據處理 173
4 5 1 概述 173
4 5 2 相關處理 174
4 5 3 通道殘餘時延與時延率精調 175
4 5 4 頻段內各通道的相位校正 176
4 5 5 頻道綜合 176
4 5 6 偏振合成 177
4 5 7 殘餘時延與dTEC同時解算 178
4 5 8 數據文件的生成 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間的轉換 192
5 2 時間系統 194
5 2 1 時間系統的種類 194
5 2 2 時間系統間的轉換關係 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 射電源結構時延模型 238
5 8 1 射電源結構時延理論模型 239
5 8 2 射電源結構時延的計算實例 240
附錄A5 1 坐標系繞坐標軸旋轉角的旋轉矩陣 241
附錄A5 2 儒略曆法 242
附錄A5 3 尼爾映射函數(NMF) 242
A5 3 1 大氣幹成分映射函數 243
A5 3 2 大氣濕成分映射函數 244
第6章 天體測量與大地測量參數解算 245
6 1 概述 245
6 2 函數模型的建立 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 函數模型線性化與偏導數計算公式 255
6 3 1 函數模型線性化 255
6 3 2 時延觀測值對射電源赤經、赤緯的偏導數 256
6 3 3 時延觀測值對測站坐標的偏導數 256
6 3 4 時延觀測值對EOP參數的偏導數 257
6 3 5 時延觀測值對於鐘差模型參數的偏導數 259
6 3 6 時延觀測值對於大氣濕時延與大氣梯度模型參數的偏導數 260
6 4 誤差方程式的建立 261
6 4 1 起始數據的準備 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解算 273
6 5 1 法方程式的建立 273
6 5 2 參數先驗值改正數的解算及精度評估 274
6 5 3 參數約束*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據相關性的檢測方法 290
6 8 3 相關觀測值的參數解算方法 292
6 8 4 相關觀測值參數解算實例 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 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 317
第8章 射電天體測量應用於航天工程(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 介質時延改正 325
8 3 差分DOR技術 327
8 3 1 觀測模式 327
8 3 2 DOR信號結構 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 342
8 5 Ka波段 DOR技術 344
8 6 航天器射電干涉測量定位技術 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 射電天體測量應用於航天工程(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 370
9 2 1 時間系統 370
9 2 2 坐標系統 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 數據分析和討論 383
9 4
精彩書摘
第1章 緒論[M1]
1 1 射電天體測量學的研究內容和意義
1 1 1 射電天體測量學的研究內容
天體測量學是天文學*古老的一門分支學科,早期的天體測量觀測主要是在光學波段進行的。20世紀30年代初,美國無線電工程師卡爾 央斯基(Karl Jansky)發現了來自銀河系中心的宇宙射電輻射後,從而誕生了射電天文學。特別是20世紀50年代以來,由於射電干涉儀技術的發展,測定射電天體(專業名詞為射電源)的精度逐步提高,目前已經達到了亞毫角秒級,開創了射電天體測量學的新時代。射電天體測量學是天體測量學的一個分支學科,也是天體測量學與射電天文學的交叉學科。所以非射電天文專業的讀者閱讀本書時,需要瞭解一些射電天文學有關基礎知識,關於宇宙射電和射電源的基礎知識參見本書的附錄A1 1。
自20世紀40年代中期起,英國、澳大利亞等國開展了射電巡天觀測,射電天體測量是