首页> 正文

我国空间VLBI系统的有关设计和模拟计算研究

2020-11-22阅读(519)

我国空间VLBI系统的有关设计和模拟计算研究

论文摘要

空间甚长基线干涉测量技术SVLBI（Space Very Long Baseline Interferometry）是地面VLBI测量在空间的延伸。它在大地测量和地球动力学方面很有应用潜力,如不同参考框架的定义、实现和相互连接,利用延迟和延迟速率来进行VLBI测站地心坐标的测定,地球重力场的估计和卫星定轨等。随着1997年日本的VSOP（the VLBI Space Observatory Programme）卫星的发射（Hirabayashi等,1998）,这一技术变成了现实。在匈牙利卫星大地天文台（F?MI SGO）的资助下,一个国际的研发小组针对SVLBI在大地测量应用的可行性进行了VSOP大地测量实验（GEDEX）（Kulkarni等,1998）。该国际科研小组采用地面和空间VLBI（VSOP）的延迟和延迟率等实际观测量,对于大地测量和地球动力学的几个方面进行了研究。结果表明,由于VSOP项目是为了天体物理研究而设计的,其物理特性和轨道特征并不完全适用于大地测量和地球动力学研究和应用。后者要求卫星有较规则的外形、较小的面质比和较长的寿命,其定轨精度应达到与观测精度相当的水平（好于几cm）。而VSOP的外形极不规则,面质比较大,寿命估计只有5年,其定轨精度的实验估计值为几米（Frey2002）,很难达到10cm的水平。VSOP还不适合于频繁改变观测对象,所以无法提供针对多个射电源的观测量,而这正是大地测量和地球动力学所需要的。况且,该卫星从2003年10月后就没有能够继续发送观测数据,在2005年11月30日02:28UT终止了运作。因此需要新的空间VLBI卫星来支持大地测量和地球动力学的研究。目前还没有专门设计适合于大地测量和地球动力学研究的空间VLBI卫星的研究,为此,本文总结了大地测量和天体测量研究对空间VLBI卫星的要求条件。GEDEX实验结果表明定轨精度是限制VSOP用于大地测量研究的主要障碍之一。因此,本文研究了可以对空间VLBI卫星精密定轨的几种技术和应用的可能性。根据卫星轨道的分类、大地测量和天体测量对空间VLBI卫星的要求,以及GNSS（GPS和GALILEO）卫星对空间VLBI卫星跟踪观测的几何条件而设计了我国空间VLBI卫星的六个轨道根数。研究了我国卫星测控网的现状,并开发了测控网对不同高度空间覆盖分析的程序;采用此程序仿真设计了测控不同高度地球卫星的测控网。以及采用此程序,设计了我国空间VLBI卫星的遥控跟踪网,研究了此网对我国空间VLBI卫星的跟踪效率,给出了分析结果。研究了全球SLR网络对我国空间VLBI卫星的跟踪观测效率,给出了分析结果。研究了我国空间VLBI卫星与地面VLBI网络联合观测射电源的观测量数量统计、分辨率大小和对射电源u-v图像覆盖的效果,给出了研究结果。研究了我国空间VLBI卫星轨道的摄动模型,给出了计算的摄动量级和应该考虑的摄动项。对于设计的空间VLBI卫星轨道还需要进一步研究来说明该轨道中的空间VLBI系统在确定天体测量和大地测量参数时的精度水平和研究该卫星能否对大地测量和地球动力学的潜在应用进行了改进。为此,我们针对已经分析的可估计性大地测量参数和利用对可估计参数推导出简化模型（Kulkarni 1992）。研究了空间VLBI观测量对一些主要的系统影响包括大气折射、太阳光压和相对论效应的灵敏度。模拟地面-空间的时间延迟观测量,进行了平差计算的模拟研究。模拟研究结果表明设计的卫星轨道中的我国空间VLBI将可以确定大地测量和地球动力学感兴趣的参数,而且比

论文目录

  • 内容摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 空间VLBI 试验和项目
  • 1.2.1 空间VLBI 卫星计划项目
  • 1.2.2 用于大地测量研究的空间VLBI 实验和计划
  • 1.3 空间VLBI 的研究现状
  • 1.3.1 理论研究
  • 1.3.2 试验分析
  • 1.3.3 软件成果
  • 1.4 选题的意义
  • 1.4.1 空间VLBI 对天文学研究的意义
  • 1.4.2 空间VLBI 对大地测量研究的意义
  • 1.4.3 空间VLBI 对深空探测和深空大地测量的意义
  • 1.5 本文研究范围
  • 1.5.1 研究目标
  • 1.5.2 研究内容和论文组织
  • 第2章 空间VLBI 概论
  • 2.1 空间VLBI 原理和构成
  • 2.1.1 原理和技术特点
  • 2.1.2 系统组成
  • 2.2 空间VLBI 卫星的轨道跟踪技术
  • 2.3 空间VLBI 所涉及的坐标系和时间系统
  • 2.3.1 坐标系
  • 2.3.2 天球与地球坐标系间的转换
  • 2.3.3 时间系统
  • 2.4 VLBI 对射电源观测的U-V 平面覆盖
  • 2.5 空间VLBI 的观测量及有关估计参数
  • 2.5.1 空间VLBI 观测量
  • 2.5.2 空间VLBI 地面-空间观测模型及有关大地测量参数
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 空间VLBI 卫星设计及其精密定轨技术
  • 3.1 高灵敏度空间VLBI 天线的设计方法
  • 3.2 空间VLBI 卫星的技术要求和指标
  • 3.2.1 对科学数据传输率和射电观测频率带宽的要求
  • 3.2.2 空间VLBI 卫星的观测数据向地面传送的方式和损失率限制
  • 3.2.3 地面和空间射电望远镜时钟频率精度及同步精度要求
  • 3.3 空间VLBI 卫星设计的计划和特点
  • 3.4 空间VLBI 卫星精密定轨的可行性研究
  • 3.4.1 GPS 系统用于卫星精密定轨的可行性
  • 3.4.2 GALILEO 系统用于空间VLBI 卫星定轨的可行性
  • 3.4.3 激光测卫技术（SLR）对空间VLBI 卫星精密定轨的可行性
  • 3.4.4 利用空间VLBI 技术和SLR 技术综合对我国空间VLBI 卫星定轨
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 空间VLBI 地面部分的研究
  • 4.1 全球地面VLBI 测站及分布
  • 4.2 卫星测控网概念和分类
  • 4.2.1 卫星遥控通讯跟踪网
  • 4.2.2 卫星轨道跟踪测控网
  • 4.3 测控网的工作区域覆盖
  • 4.3.1 测控网的工作区域覆盖
  • 4.3.2 测控站或卫星的工作区域的地面覆盖面积和投影方式
  • 4.3.3 测控站工作区的地面覆盖绘图软件
  • 4.4 我国卫星测控网的现状和面临的问题
  • 4.4.1 我国卫星测控网的现状
  • 4.4.2 中国卫星测控网的问题
  • 4.5 中国卫星测控网的仿真设计
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 空间VLBI 卫星轨道设计基础和主要工具
  • 5.1 引言
  • 5.2 人造卫星的轨道理论
  • 5.2.1 人卫轨道的基本理论
  • 5.2.2 卫星轨道分类和特点
  • 5.2.3 星下点轨迹的计算
  • 5.2.4 人卫轨道摄动模型
  • 5.3 空间VLBI 卫星轨道设计的要求和基本步骤
  • 5.3.1 空间VLBI 卫星轨道设计的主要考虑因素
  • 5.3.2 空间VLBI 卫星轨道应满足的主要指标要求
  • 5.3.3 空间VLBI 卫星轨道设计的基本步骤
  • 5.4 SVLBI 卫星与测控网覆盖分析的主要工具软件
  • 5.4.1 SPAS 软件
  • 5.4.2 STK 软件
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 我国空间VLBI 卫星轨道和测控网设计
  • 6.1 卫星轨道的形状和大小的设计
  • 6.1.1 卫星轨道形状选择
  • 6.1.2 椭圆卫星轨道近地点高度的确定
  • 6.1.3 椭圆轨道远地点高度范围的初步选择
  • 6.2 椭圆轨道面进动角速度和星下点轨迹循环性的选择
  • 6.3 椭圆卫星轨道的近地点角距ω、升交点赤径Ω和平近点角M 选择
  • 6.3.1 近地点角距ω
  • 6.3.2 升交点赤径Ω
  • 6.3.3 平近点角M
  • 6.4 椭圆卫星轨道远地点高度的确定
  • 6.4.1 卫星的远地点高度在15000km 的试验
  • 6.4.2 卫星远地点高度在20000km 的试验
  • 6.5 椭圆卫星轨道方向和倾角的选择
  • 6.5.1 卫星轨道方向的选择
  • 6.5.2 空间VLBI 卫星轨道倾角大小确定的要求条件
  • 6.5.3 利用星载GNSS 系统对我国空间VLBI 卫星定轨的效率来选择轨道倾角
  • 6.5.4 根据近地点角距ω的固定要求选择卫星轨道倾角
  • 6.5.5 不同空间VLBI 卫星轨道倾角对地面VLBI 网联合观测效率的影响
  • 6.6 我国空间VLBI 卫星椭圆轨道参数总结及摄动量级考虑
  • 6.6.1 我国空间VLBI 卫星椭圆轨道参数总结
  • 6.6.2 我国空间VLBI 卫星椭圆轨道摄动量级考虑
  • 6.7 我国空间VLBI 卫星遥控跟踪网设计及跟踪覆盖分析
  • 6.7.1 VSOP 项目中卫星跟踪网的覆盖效率
  • 6.7.2 我国空间VLBI 卫星地面遥控跟踪网设计
  • 6.7.3 我国联合卫星跟踪网对空间VLBI 卫星的覆盖分析
  • 6.8 我国空间VLBI 对射电源的观测量、分辨率和u-v 平面覆盖分析
  • 6.8.1 TEST-SVLBI 卫星与全球地面VLBI 站对全空间射电源可能的观测量统计
  • 6.8.2 TEST-SVLBI 与地面VLBI 站对射电源的分辨率和u-v 平面覆盖分析
  • 6.9 全球SLR 观测网对我国空间VLBI 卫星观测几何精度分析
  • 6.10 本章小结
  • 第7章 空间VLBI 观测可估计的大地测量参数及数学模型
  • 7.1 空间VLBI 基本观测量及模型
  • 7.1.1 空间VLBI 基本观测量
  • 7.1.2 空间VLBI 基本观测量模型
  • 7.2 地面-到-空间时间延迟观测量的数学模型
  • 7.2.1 通用数学模型
  • 7.2.2 可估计性参数分析
  • 7.2.3 对可估参数的数学模型
  • 7.2.4 偏导数的推导
  • 7.2.5 估计性分析的结论
  • 7.3 本章小结
  • 第8章 大地测量参数的灵敏度分析
  • 8.1 引言
  • 8.2 对参数个数的灵敏度
  • 8.2.1 灵敏度分析的数学模型
  • 8.2.2 数字研究
  • 8.2.3 结果
  • 8.3 对系统误差的灵敏度
  • 8.3.1 太阳光压
  • 8.3.2 大气折射
  • 8.3.3 时钟误差
  • 8.3.4 相对论效应
  • 8.3.5 其他系统影响
  • 8.4 本章小结
  • 第9章 空间VLBI 观测量模拟和平差计算
  • 9.1 模拟空间VLBI 观测量的软件选择
  • 9.2 空间VLBI 时间延迟观测量的模拟
  • 9.2.1 模拟的算法和步骤
  • 9.2.2 可观测性检查
  • 9.2.3 轨道产生
  • 9.2.4 添加偶然误差和系统误差
  • 9.2.5 观测量协方差矩阵的模拟
  • 9.2.6 参数先验协方差矩阵的模拟
  • 9.3 平差计算
  • 9.3.1 平差的数学模型
  • 9.3.2 平差运算法则
  • 9.3.3 结果和结论
  • 9.4 本章小节
  • 第10章 结论和建议
  • 10.1 本文的主要贡献和创新点
  • 10.2 结论
  • 10.2.1 适合大地测量研究的空间VLBI 卫星系统初步研究结果
  • 10.2.2 高灵敏度空间VLBI 天线的设计方法及其卫星的技术指标
  • 10.2.3 空间VLBI 卫星精密定轨的可行性
  • 10.2.4 空间VLBI 地面部分和覆盖估计研究结论
  • 10.2.5 我国空间VLBI 卫星轨道和测控网设计和跟踪效率分析结论
  • 10.2.6 我国空间VLBI 对射电源观测以及SLR 对其观测的统计结论
  • 10.2.7 可估计的大地测量参数和灵敏度分析结论
  • 10.2.8 从模拟空间VLBI 观测量和平差计算结果分析所得出的结论
  • 10.3 对将来工作的建议
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表论文和参加的科研项目
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].The NTSC VLBI System and its application in UT1 measurement[J]. Research in Astronomy and Astrophysics 2020(06)
    • [2].VLBI软件相关处理机脉冲星信号脉冲轮廓搜索算法[J]. 中国科学院上海天文台年刊 2016(00)
    • [3].PIMA软件在APSG测地VLBI数据处理中的应用[J]. 中国科学院上海天文台年刊 2016(00)
    • [4].国家授时中心VLBI网13m射电望远镜指向修正[J]. 时间频率学报 2020(01)
    • [5].Initial result of the Chinese Deep Space Stations' coordinates from Chinese domestic VLBI experiments[J]. Science China(Information Sciences) 2017(01)
    • [6].脉冲星信号VLBI软件相关处理方法研究[J]. 中国科学院上海天文台年刊 2014(00)
    • [7].月球探测器差分VLBI测量的模型及可估计参数研究[J]. 测绘通报 2011(01)
    • [8].脉冲星VLBI观测软件相关处理进展[J]. 天文学进展 2011(03)
    • [9].A Cosmic Microscope to Probe the Universe from Present to Cosmic Dawn:Dual-element Lowfrequency Space VLBI Observatory[J]. 空间科学学报 2019(02)
    • [10].VLBI技术的发展与展望[J]. 北京测绘 2010(04)
    • [11].Earth orientation parameters from VLBI determined with a Kalman filter[J]. Geodesy and Geodynamics 2017(06)
    • [12].利用极潮改正模型分析极潮对VLBI台站位移的影响[J]. 贵州大学学报(自然科学版) 2014(02)
    • [13].VLBI台站布线的电磁兼容性分析[J]. 天文研究与技术 2012(01)
    • [14].High-accuracy same-beam VLBI observations using Shanghai and Urumqi telescopes[J]. Science in China(Series G:Physics,Mechanics & Astronomy) 2009(12)
    • [15].An Approach of Tropospheric Correction for VLBI Phase-Referencing using GPS Data[J]. Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics 2008(01)
    • [16].首届东亚VLBI国际研讨会(2008年3月20—22日，上海)[J]. 天文学进展 2008(02)
    • [17].一种用于同步静止卫星监测的微型VLBI网[J]. 中国空间科学技术 2020(05)
    • [18].基于VLBI站接收的火星探测器信号研究行星际闪烁[J]. 中国科学:技术科学 2017(04)
    • [19].VLBI技术研究进展及在中国探月工程的应用[J]. 深空探测学报(中英文) 2020(04)
    • [20].VLBI相时延及其在深空探测器测定轨中的应用[J]. 中国科学:信息科学 2014(02)
    • [21].火星探测器跟踪及VLBI测定轨分析[J]. 中国科学:物理学 力学 天文学 2017(09)
    • [22].联合VLBI和天文导航的月球车定位结果分析[J]. 大地测量与地球动力学 2016(08)
    • [23].佘山25m VLBI测站的远程监控[J]. 中国科学院上海天文台年刊 2010(00)
    • [24].实时VLBI处理机技术[J]. 深空探测学报(中英文) 2020(04)
    • [25].VLBI测控信号群时延及相时延解算方法研究[J]. 天文学进展 2013(01)
    • [26].e-VLBI observations of GRB 080409 afterglow with an Australasian radio telescope network[J]. Research in Astronomy and Astrophysics 2016(11)
    • [27].New determination of the position of the pulsar B0329+54 with Chinese VLBI network[J]. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2010(08)
    • [28].Basic Earth's Parameters as estimated from VLBI observations[J]. Geodesy and Geodynamics 2017(06)
    • [29].基于磁盘阵列的VLBI计算机存储系统[J]. 计算机系统应用 2016(11)
    • [30].同波束VLBI技术在深空探测器测定轨中的应用[J]. 遥测遥控 2016(06)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    我国空间VLBI系统的有关设计和模拟计算研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5