Ka波段天测与测地VLBI观测的利弊分析.pdf

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1、第４２卷第２期武汉大学学报·信息科学版Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．２２０１７年２月ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１４０７２３文章编号：１６７１－８８６０（２０１７）０２－０２５７－０６Ｋａ波段天测与测地ＶＬＢＩ观测的利弊分析李金岭１１２黄飞孙中苗１中国科学院上海天文台，上海，２０００３０２西安测绘研究所，陕西西安，７１００００摘要：分析了天测与测地甚长基线干涉测量（ｖｅｒｙｌｏｎｇｂａｓｅｌｉｎｅｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ，ＶＬＢＩ）观测频

2、率设置的必要性，重点分析了Ｋａ波段观测的利弊。相比于Ｘ波段，Ｋａ波段观测的优点包括河外源更致密、核移效应更小，更有利于提高射电天球参考架的实现精度以及与天体物理学全球天体测量干涉仪（ｇｌｏｂａｌａｓｔｒｏｍｅｔｒｉｃｉｎｔｅｒ－ｆｅｒｏｍｅｔｅｒｆｏｒａｓｔｒｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｇａｉａ）计划准惯性光学参考架的连接精度。在深空探测方面的优点表现为遥测数据率高，ＶＬＢＩ跟踪测量精度高，更有利于减小大气电离层和太阳等离子体对测量时延的不利影响。缺点包括河外源相对较弱，天线反射面精度和指向精度要求较高，大气吸收和辐射效应的影响更大等，但是这些因素所造成的系统灵敏度

3、的降低有望通过高数据率采样而得到补偿。结合我国ＶＬＢＩ技术现状提出了发展建议。关键词：天体测量；大地测量；ＶＬＢＩ；射电频率干扰；Ｘ波段；Ｋａ波段中图法分类号：Ｐ２２８文献标志码：Ａ自２０世纪６０年代后期逐步发展的甚长基线干涉测量（ｖｅｒｙｌｏｎｇｂａｓｅｌｉｎｅｉｎｔｅｒ－ｆｅｒｏｍｅｔｒｙ，１常规天测与测地ＶＬＢＩ观测频段ＶＬＢＩ）技术已经在天球参考架（ＣｅｌｅｓｔｉａｌＲｅｆｅｒ－设置与射电频率干扰ｅｎｃｅＦｒａｍｅ，ＣＲＦ）与地球参考架（ＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＦｒａｍｅ，ＴＲＦ）的建立和地球定向参数射电波段的电离层附加时延近似与观

4、测频率（ｅａｒｔｈｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ＥＯＰ）的测定等天的平方成反比，因而在全球导航卫星系统（ｇｌｏｂａｌ测与测地研究领域做出了科学贡献。国际上大多ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍ，ＧＮＳＳ）和ＶＬＢＩ技术数天测与测地ＶＬＢＩ天线系统始建于２０世纪８０中常利用双频组合修正电离层附加时延。以Ｓ／Ｘ年代，自动化程度低，设备老化严重，维护与运行双频观测为例，若中心频率分别为ｆｓ、ｆｘ，测量时成本较高。随着Ｓ波段射电频率干扰（ｒａｄｉｏ－ｆｒｅ－延分别为τｓ、τｘ，经简单推导可得Ｘ波段观测时ｑｕｅｎｃｙｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎ

5、ｃｅ，ＲＦＩ）的逐步恶化，常规天测延的电离层修正τ为［１］：ｘ－ｉｏｎ与测地ＶＬＢＩ观测频率亟待重新设置。鉴于自动２ｆｓ化、微弱射电信号接收与放大，尤其是宽频带高数τｘ－ｉｏｎ＝２２（τｓ－τｘ）（１）ｆｘ－ｆｓ据率采样、数字化与记录技术的快速发展，对老旧从式（１）可见，在测量时延误差一定的情况下，Ｓ、ＶＬＢＩ天线系统的更新或重建显得异常必要和迫Ｘ两中心频率的间隔越大则电离层附加时延修正切。的精度越高。常规天测与测地ＶＬＢＩ观测的Ｓ、Ｘ本文结合常规天测与测地ＶＬＢＩ观测频率设波段中心频率一般取为２．３、８．４ＧＨｚ。若将低端置、Ｓ波段ＲＦＩ逐步恶化等情况，

6、讨论天测与测地频率从２．３ＧＨｚ提高至３．２ＧＨｚ，则从式（１）不难ＶＬＢＩ观测频率设置的发展和必要性，重点分析估算，Ｘ波段电离层附加时延修正误差将放大２．１开展Ｋａ波段ＶＬＢＩ观测的利弊，并结合我国ＶＬ－倍，严重影响基于Ｘ波段观测的国际天球参考架ＢＩ技术现状，给出进一步发展的建议。（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｅｌｅｓｔｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＦｒａｍｅ，ＩＣＲＦ）、ＥＯＰ和国际地球参考架（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＦｒａｍｅ，ＩＴＲＦ）等产品的精度。收稿日期：２０１６－０４－２５项目资助：国家自然科学基金（１１３

7、７３０６０，Ｕ１３３１２０５）；探月工程；上海市科学技术委员会（０６ＤＺ２２１０１）。第一作者：李金岭，博士，研究员，主要从事射电天体测量与空间大地测量理论与方法研究。ｊｌｌ＠ｓｈａｏ．ａｃ．ｃｎ２５８武汉大学学报·信息科学版２０１７年２月ＶＬＢＩ测量时延的精度与观测带宽成正比，最小相邻通道频率间距的倒数，是频率间距最大［２］为了减小采样的数据量，降低数据记录、传输、回公约数的倒数。为准确测定带宽时延，各通道放和互相关处理的技术复杂性与成本，一般仅对中心频率不能任意设置。观测带宽中的部分频率通道进行采样，通过带宽随着２．１、２．３、２．４、２．６ＧＨｚ等频

8、段作为主［２－６］综合方法导出观测时延。各通道的中心频率动发射信息