利用GPS测量监测VLBI天线参考点的仿真分析.pdf

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1、第38卷第l2期武汉大学学报·信息科学版Vol_38No．122013年12月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityDec．2013文章编号：1671-8860(2013)12—1387—05文献标志码：A利用GPS测量监测VLBI天线参考点的仿真分析李金岭张津维(1中国科学院上海天文台，上海市南丹路8O号，200030)(2中国科学院大学，北京市玉泉路19号甲，100049)摘要：根据VLBI天线旋转状态进行参数化建模以实现天线监测的理念日益受到重视，有望进行

2、全天候、全自动监测而不影响望远镜的正常观测运行时间。为考察原理可行性，设计监测方案和开发资料处理软件，本文在观测方程构建、解算参数设置和约束条件选取等方面提出了新的见解，对利用GPS数据监测VLBI天线进行了仿真分析。关键词：VLBI；参考点；轴线偏差；GPS；仿真分析中图法分类号：P228．42；P228．6长期以来，对VLBI天线不动点和轴线偏差精度和高时效监测。的高精度监测一直是天测与测地领域重点关注的为考察新理念的可行性，设计GPS接收机在课题之一_】]。至今较为成熟的监测方法为]：VLBI天线上的布设方案和

3、开发资料解析软件，①特别限定天线的一维旋转，比如方位俯仰式本文对利用GPS数据监测VIBI天线参考点和(At—E1)座架下，保持方位在一轮测量中为固定轴线偏差进行了仿真分析，并在观测方程构建、解值，仅改变俯仰，从局部监测网对天线上安装的多算参数设置和约束条件选择等方面提出了新见个合作目标进行定位测量，获得合作目标的圆解。(弧)形轨迹，进而由圆心坐标确定水平轴在局域网中的位置和定向；②保持俯仰为固定值，仅改1天线旋转模型和解算参数设置变方位，以测定垂直轴在局域网中的位置和定向。上述方法的主要问题为效率低下，尤其是占用了

4、如图1所示，以Az—E1天线座架为例，设n、e望远镜的有效使用时间，也受到气象、天光等条件分别为方位、俯仰轴，并表示在局域监控网中的方的严重限制，监测精度和时效性受到限制。向矢量。依照惯例，方位零点为北向，向东度量为近年来逐步建立了不再特别限定天线旋转方正；俯仰零点为地平，向天顶为正。n为主轴、与式的全新监测理念_8。，即根据天线具体的座架地基固连，e为附轴，绕n轴旋转。VLBI天线绕e情况和场地条件，首先建立天线旋转的参数化数轴旋转改变俯仰角、随e轴绕n轴旋转改变方位学模型，进而将天线上某点的坐标与局域网联系角。设

5、．厂为n、e轴公垂线的长度，即轴线偏差，起来。之后，通过光学和GPS等手段观测获得天F、S为公垂线在n、e轴上的垂足。F相对于局域线上某点在局域网中的坐标，以此解算天线转动网的位置不随天线指向的改变而变化，依照惯例模型的参数，包括参考点坐标、轴线偏差、轴的定选择为天线的参考点。假设经大地测量方法在天向等，实现对天线的监测。这种天线监测理念的线周围建立了本地参考架O-ijk，0为原点，其地优越性在于，不影响望远镜的正常观测运行时问，心坐标准确已知，i、．，、k为右手三元基，分别为而是在天测与测地观测运行之中来完成对天线

6、的东、北、上方向。若设法测定了天线某初始状态时监测。如此有望实现全天候、全时段、全自动、高在O-ijk中F的坐标、厂的长度，以及n、e轴的定收稿日期：20131011。项目来源：国家自然科学基金资助项目(11I78024，10973030)；探月工程(嫦娥二号)资助项目；上海市科学技术委员会资助项目(06DZ22101)；国家863计划资助项目(2012AA121603)。武汉大学学报·信息科学版2013年12月向，则可预测VLBI天线相对于初始状态在任意GPS接收机(接收天线)，通过与局域网中其他指向时的相位中心改

7、正。GPS接收机的联合观测可以确定其在本地参考GPS架O-ijk中的坐标矢量G一[zY]，根据图1所示几何关系可将天线的旋转模型化为。：G—F+R(A)(S—F)+R(A)R(E)g(1)其中，F一0为参考点在本地参考架中的坐标，

8、i}不随天线指向变化；A、E为天线指向的方位、俯仰角；s一0S为A一0、E一0时的矢量，S点的坐标随方位角的改变而变化；g为GPS接收机相对于VLBI天线固连参考架的坐标，不随天线指向发生变化。简单起见，假设天线固连参考架在A图1VIBI天线参考点GPS监测示意图一0、E一0时的坐标轴分别

9、与O-ijk的平行，且原Fig．1DiagramofVLBIAntennaReference点位于S点。R(A)、R(E)分别为绕n、轴旋PointMonitoringbyGPSObservations转A、E角度的转换矩阵。右手系中绕矢量—图1中，GPS所示为固连在VLBI天线上的Eik]旋转0角(沿矢量方向逆时针旋转为正)的转换矩阵R()为