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4.1射电天文学产生甚长基线干涉测量VeryLongBaselineInterferometry，VLBI一个空间天文大地测量技术1/38射电窗口其波长范围为1mm~60m。这个波段上界改变于15～200m之间，与电离层密度、观察点地理位置和太阳活动相关。射电窗口比光学窗口要大得多，包含了比光学波段更多宇宙信息，射电天文学就是经过射电窗口来观察和研究宇宙。射电窗口发觉和利用对天文学有主要意义，宇宙中各种天体在不一样波长上辐射电磁波都包含着各自不一样物理内容和信息，如天体温度、状态、结构、成份以及演化等。射电观察并不是对光学观察资料在数量上增加和补充，而是为人类认识宇宙打开一个比光学窗口大得多天窗。2/38角分辨率：3/38单孔径射电望远镜综合孔径射电望远镜——干涉测量技术联线干涉测量技术VLBISpaceVLBI实时VLBI4/384.3VLBI系统组成射电望远镜搜集无线电波定向天线放大电波信息高灵敏度接收机信息统计终端氢原子钟确保时间同时处理和显示系统定向天线搜集同一天体射电辐射，接收机将这些信号加工、转化成可供统计和显示形式，终端设备把信号统计下来，并按特定要求进行数据回放和处理，然后显示大地测量延迟和延迟率观察量等。观察所需时间和频率信号由氢原子钟提供。5/38VLBI6/38VLBI设备一个完整VLBI系统由两个以上观察站和一个数据处理中心组成。VLBI观察站主要设备为射电天线（可全天区观察）、接收机、VLBI数据采集系统、氢原子钟、GPS定时接收机和气象数据采集仪等。VLBI数据处理中心主要设备为VLBI相关处理机和通用计算机等。7/38VLBI原理抵达天线两路射电信号是平行传输VLBI大地测量所观察是距离地球非常遥远致密河外射电源，它们普通都是在距离地球一亿光年以外宇宙空间中。假如将这些射电源视为一个点源，则每个射电源在同一时刻向四面所辐射电磁波就会形成一个同心球面波波前面。射电波传输越远，球面波半径就越大。当抵达地球表面时，传输距离已经远远大于组成VLBI系统两天线之间距离。因而，能够认为此刻波前面是平面型，因为两个天线到某一射电源距离不一样，有一旅程差L，则射电信号同一波前面抵达两天线时间也将不一样，有一时间延迟8/38VLBI基本原理当射电干涉仪两单元射电望远镜同时对准某一射电源时，它们接收到了该射电源射电辐射。假设所观察为非常遥远河外射电源，则能够认为它所辐射射电波抵达地球时为一平面波。设射电波抵达射电干涉仪两天线时间分别为t1和t2，其时间差为τg＝t2－t1，称为几何延迟。BK9/38因为地球运动，基线矢量位置不停改变延迟率大地测量所采取VLBI观察量主要是延迟和延迟率，它们包含了基线矢量、射电源位置和地球运动等信息。10/38VLBI特点VLBI延迟和延迟率是纯几何观察量，其中没有包含地球引力场信息，所以观察量取得也不受地球引力场影响。VLBI是相对测量，仅利用VLBI技术只能测定出两个天线之间相对位置，即基线矢量b，而不能直接测出各天线地心坐标。为了确定VLBI测站地心坐标，通常是在一个测站上同时进行VLBI和激光测卫（SatelliteLaserRanging，SLR）观察，即并置观察，利用SLR技术所测得地心坐标为基准，进而推算出其它VLBI测站地心坐标。11/38用于天测/测地VLBI固定站射电天线，普通应到达以下技术指标要求(1)天线口径20-30m(2)天线形式实面抛物面天线(3)座架形式方位/俯仰式，两轴相交(4)接收频率S/X双波段同时接收；X波段8200-9000MHz，S波段2200-2400MHz波长约为3.6cm，波长约为13.6cm(5)主面精度0.5-0.7mm(6)指向精度20as(7)旋转范围方位：±270°俯仰：0-90°(8)旋转速度以上(9)可知方式计算机程序引导12/38参考系VLBI数据处理如其它空间大地测量技术一样，在要求参考系定义下实施。天球参考系：原点：太阳系质心。赤道：J.0平赤道。赤经原点：J.0动力春分点。它建立和维持是经过射电源坐标表来实现。13/38地球参考系原点：地球质心。尺度：相对论框架下尺度。方向：1984.0国际时间局（BIH）方向。方向时间改变：对地壳不产生整体旋转。14/3815/38板块非洲0.891-3.0993.922南极-0.821-1.7013.706阿拉伯6.685-0.5216.760澳大利亚7.8395.1246.282Caribbean-0.178-3.3851.581Cocos-9.705-21.60510.925欧亚-0.981-2.3953.153印度6.6700.0406.790JuandeFuca5.2008.610-5.820Nazca-1.532-8.5779.609北美0.258-3.599-0.163太平洋-1.5104.840-9.970菲律宾10.090-7.160-9.670Rivera-9.390-30.96012.050Scotia-0.410-2.660-1.270南美-1.038-1.515-0.87016/38理论延迟和延迟率为了用最小二乘法进行地球动力学参数计算，需要计算理论延迟和延迟率。理论延迟和延迟率计算是一个比较复杂过程，它除了计算几何延迟和延迟率之外，还需要计算各项附加延迟和延迟率更正量，如大气延迟和延迟率等。另外，因为测站位置受到上面提到地球固体潮、海潮载荷和大气载荷等影响而随时间改变，所以计算不一样时刻理论延迟和延迟率时，也必须加以对应更正。17/38观察计划观察频率和频率窗口选择：当前MKIII系统已经基本固定采取X/S双频观察。观察台站选择：依据观察目标，确定参加观察台站，并提出对参加观察射电源流量密度要求。被观察射电源选择：一组VLBI天测或者测地观察普通要进行1-2天，被观察射电源有10-20个。这些射电源能够直接从射电源表中查取，也能够从相同目标其它观察所采取射电源中参考选取。被观察射电源应满足条件是：流量密度要足够强，尽可能分布均匀，即要求分布在不一样赤经和赤纬上，以满足解算基线参数和射电源位置要求；另外，射电源自行要极小，普通要选取河外射电源，即角径小点源，假如射电源角径较大，会降低条纹可见度，是信噪比下降，同时还会因为射电源亮度分布重心位置不易准确确定而造成延迟测量误差。18/38编排观察时间表：先计算每个射电源相对各测站观察共同可见时间，然后再确定各天线在什么时间观察哪颗射电源，观察时间是多少。为了提升解算精度，要求在要求时间内尽可能多观察次数，普通应到达每小时6次，每次5分钟左右。在观察次序上应做到不一样赤经、赤纬射电源轮番观察，并有大时角和赤纬跨度，且在整个天区分布均匀。为了防止大气影响增大，天线观察仰角普通不宜低于5°。在观察时间表编好之后，还能够利用相关协方差分析优化设计软件预计相关参数解算精度，并不停调整观察刚要，以选择一个能够取得最正确观察和解算精度观察时间表。编观察文件：当前几乎全部观察都需要由接收机可读观察文件，这是因为在观察中天线系统和统计终端都是由计算机按观察文件来控制运行。文件包含主要参数有：台站名（代号）、射电源名、观察时间表、观察频率、所需带宽、统计模式等。在观察之前，要将观察文件输入到VLBI站主控计算机中，以进行测前准备和控制观察实施。19/38观察实施当前，用MKIII系统进行VLBI测地观察时，大部分观察工作都是由计算机自动控制进行。这些工作包含：天线指向控制、观察频率、边带及统计磁道设置，磁带机起、停、正转反转及统计，系统噪声测量，以及电缆延迟、相位校正数据、气象数据采集等。观察人员工作则是测前准备好完成上述工作计算机控制程序，以及在即将开始观察时开启这些程序，并在观察进行中更换磁带、清洗磁头等。观察结束后将产生一个观察统计文件，观察人员要将文件转录到软盘或者磁带上，随同数据统计磁带仪器运至VLBI数据处理中心，进行相关处理。20/38VLBI应用于天文地球动力学－

天球坐标系建立依据IAU决议，采取非常遥远、能够认为没有视运动河外致密射电源作为建立天球参考系（ICRS）基础，而VLBI是对它们进行定位测量基本伎俩。依据上式能够解算出射电源赤经和赤纬。当前VLBI测量精度已经好于毫角秒，屡次观察后能够到达亚毫角秒精度。对于在几度范围内相对位置测量能够到达几十微角秒精度。当前国际上采取608颗河外致密射电源作为国际天球参考框架（ICRF）基础，其中212颗射电源为基根源，它们测量精度到达了0.2mas，ICRF轴是以它们来定义。VLBI只能测量相对赤经，所以必须假定某一射电源赤经为已知。为了射电天球参考框架与光学天球参考框架联结，通常选取某射电源光学对应体在光学天球参考系中赤经值作为它赤经。当前国际天球参考系赤经原点是以VLBI射电源表中23颗射电源平J.0赤经来定义，而该VLBI射电源表中3C273B赤经是固定于它在FK5系统中赤经值。21/38地球参考系建立当前，VLBI对于数千km距离上测量精度已经到达了mm级精度，所以，它是建立地球参考系（ITRS）基本伎俩之一。类似于ICRS，它是经过准确测定一系列地面点位置来实现，这些地面点组成框架称为地球参考框架（ITRF）。当前ITRF是采取VLBI、SLR、GPS及DORIS等来实现。比如，ITRF97中有VLBI测定全球共143个地面点，多数地面点坐标测量精度到达mm级精度。我国上海和乌鲁木齐VLBI站均为ITRF97参考点。地面VLBI观察只能得到测站之间相对位置，所以要以VLBI方法独立建立地球参考系，必须最少定义一个VLBI站坐标为已知。当前，通常采取VLBI与其它技术（SLR、GPS、DORIS等）并置观察方法处理VLBI原点定义问题。即在一个观察值或者在较小范围内（数km）配置VLBI、SLR、GPS、DORIS等各种设备进行并置观察，它们之间相对位置利用地面精密大地测量方法来测定。22/38当代地壳运动测量当测量数据有足够时间跨度后，不但能够测定观察值准确位置，还能够测定它们运动速度，而观察站运动速度反应了它们所在地域当代地壳运动。在ITRF97中，在列出了各观察站坐标同时，也列出了它们运动速度。依据VLBI观察，多数在板块内部观察站，其运动速度与依据地质资料得到全球板块运动模型NUVEL-1A是一致，但在板块边缘地域，观察站实测运动速度与理论模型值通常不一致，这说明在板块边缘通常存在较大局部运动。固定VLBI站全球仅数十个，为了用VLBI测量更多地域当代地壳运动，美国、日本、德国、加拿大以及我国等均研制了可流动VLBI系统。流动VLBI采取3-6m小天线，所以能够实施机动，它与含有20-30m天线固定VLBI站联测，在几千km距离上能够到达亚cm、甚至mm量级精度。所以，VLBI技术在数千km尺度上，仍有它优势。23/38地球定向参数观察地球定向参数（EOP）板块极移、地球自转速率改变、章动及岁差，VLBI是测量EOP有力工具。极移和地球自转速率改变使得地心坐标系三个轴与地壳相对位置发生改变。也就是表现为地面点坐标或者基线坐标分量改变。所以用VLBI测量地面点坐标改变或者基线坐标分量改变，从而计算得到极移和地球自转速率改变。章动和岁差表现为射电源坐标改变，所以也是能够经过VLBI观察来测定它们。实际数据处理时，对极移、地球自转、章动和岁差矩阵等取偏导数，以组成误差方程，从而计算得到这些参数。当前，VLBI测量极移和、日长改变（即地球自转改变）以及章动更正数精度均到达了亚毫角秒。24/38VLBI应用于天文地球动力学－

天球坐标系建立依据IAU决议，采取非常遥远、能够认为没有视运动河外致密射电源作为建立天球参考系（ICRS）基础，而VLBI是对它们进行定位测量基本伎俩。依据上式能够解算出射电源赤经和赤纬。当前VLBI测量精度已经好于毫角秒，屡次观察后能够到达亚毫角秒精度。对于在几度范围内相对位置测量能够到达几十微角秒精度。当前国际上采取608颗河外致密射电源作为国际天球参考框架（ICRF）基础，其中212颗射电源为基根源，它们测量精度到达了0.2mas，ICRF轴是以它们来定义。VLBI只能测量相对赤经，所以必须假定某一射电源赤经为已知。为了射电天球参考框架与光学天球参考框架联结，通常选取某射电源光学对应体在光学天球参考系中赤经值作为它赤经。当前国际天球参考系赤经原点是以VLBI射电源表中23颗射电源平J.0赤经来定义，而该VLBI射电源表中3C273B赤经是固定于它在FK5系统中赤经值。25/38地球参考系建立当前，VLBI对于数千km距离上测量精度已经到达了mm级精度，所以，它是建立地球参考系（ITRS）基本伎俩之一。类似于ICRS，它是经过准确测定一系列地面点位置来实现，这些地面点组成框架称为地球参考框架（ITRF）。当前ITRF是采取VLBI、SLR、GPS及DORIS等来实现。比如，ITRF97中有VLBI测定全球共143个地面点，多数地面点坐标测量精度到达mm级精度。我国上海和乌鲁木齐VLBI站均为ITRF97参考点。地面VLBI观察只能得到测站之间相对位置，所以要以VLBI方法独立建立地球参考系，必须最少定义一个VLBI站坐标为已知。当前，通常采取VLBI与其它技术（SLR、GPS、DORIS等）并置观察方法处理VLBI原点定义问题。即在一个观察值或者在较小范围内（数km）配置VLBI、SLR、GPS、DORIS等各种设备进行并置观察，它们之间相对位置利用地面精密大地测量方法来测定。26/38当代地壳运动测量当测量数据有足够时间跨度后，不但能够测定观察值准确位置，还能够测定它们运动速度，而观察站运动速度反应了它们所在地域当代地壳运动。在ITRF97中，在列出了各观察站坐标同时，也列出了它们运动速度。依据VLBI观察，多数在板块内部观察站，其运动速度与依据地质资料得到全球板块运动模型NUVEL-1A是一致，但在板块边缘地域，观察站实测运动速度与理论模型值通常不一致，这说明在板块边缘通常存在较大局部运动。固定VLBI站全球仅数十个，为了用VLBI测量更多地域当代地壳运动，美国、日本、德国、加拿大以及我国等均研制了可流动VLBI系统。流动VLBI采取3-6m小天线，所以能够实施机动，