射电天体测量学基础

射电天体测量学是射电天文学的一门重要的、新兴的分支学科，它不仅在天文研究中发挥了重大作用，并且在地球科学研究、时空基准建立和航天工程中有重要应用。本书系统地阐述了射电天体测量学的诞生与发展，它的基础理论与技术方法，给出了它在国家重大工程中应用的实例，以及国内外的最新成果和今后发展方向。

（1）上海天文台VLBI系统的建立（1993年国家科技进步二等奖）（2）VLBI应用于天球参考架和地球参考架的建立（1999年中科院科技进步二等奖）

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 射电天体测量学的研究内容和意义 1
1.1.1 射电天体测量学的研究内容 1
1.1.2 射电天体测量的意义和应用 1
1.1.3 射电天体测量的主要观测设备——射电干涉仪 6
1.2 射电天体测量发展历史简介 6
1.2.1 射电干涉仪的诞生及早期射电巡天观测 7
1.2.2 连线射电干涉仪(CEI)天体测量 10
1.2.3 甚长基线干涉仪(VLBI)天体测量 16
1.3 我国射电天体测量发展历史简介 32
1.3.1 初创时期 32
1.3.2 我国VLBI测量网、站的建设 33
1.3.3 开展的几项射电天体测量工作 40
附录A1.1 宇宙射电与射电源 44
A1.1.1 电磁波与射电波段 44
A1.1.2 电磁波的大气窗口 45
A1.1.3 射电源特性 46
A1.1.4 射电源表及射电源的名称与编号 49
A1.1.5 射电源历元B1950-J2000转换 50
A1.1.6 射电天体测量观测的射电源 52
第2章 射电干涉测量几何原理 55
2.1 几何时延定义 55
2.2 几何时延和时延率计算公式 56
2.3 滞后基线 59
2.4 射电干涉测量观测量的灵敏度 61
2.4.1 射电干涉测量观测量 61
2.4.2 射电干涉测量定位测量的灵敏度 62
2.5 射电干涉测量的分辨率 64
2.6 参数解算最少观测量 68
附录A2.1 射电波的相时延与群时延 70
A2.1.1 波的相时延与群时延概念 70
A2.1.2 相速度 70
A2.1.3 群速度 71
第3章 射电干涉测量系统方案设计 73
3.1 总体方案设计要点 73
3.1.1 射电干涉测量系统的组成 73
3.1.2 射电干涉测量系统的方案设计 76
3.2 新一代大地测量/天体测量VLBI系统(VGOS)简介 97
3.2.1 VGOS的提出和主要科学目标 97
3.2.2 VGOS方案设计与论证 99
3.2.3 VGOS系统主要设备的设计 102
3.2.4 VGOS的验证观测 104
3.3 中国科学院上海天文台VGOS系统简介 105
3.3.1 综述 105
3.3.2 高转速、超宽带天线系统 106
3.3.3 致冷低噪声接收机 107
3.3.4 上下变频器 108
3.3.5 高速数据采集系统 108
3.3.6 高速数据记录设备 109
3.3.7 高稳定度时频系统 110
3.3.8 标校设备 111
3.3.9 管控系统 112
附录A3.1 射电波的偏振 113
A3.1.1 射电波偏振的概念 113
A3.1.2 线偏振 114
A3.1.3 圆偏振 115
A3.1.4 椭圆偏振 116
A3.1.5 随机偏振 117
A3.1.6 斯托克斯参数 117
附录A3.2 抛物面天线有关参数 118
A3.2.1 天线功率方向图 118
A3.2.2 主瓣宽度、主瓣效率与天线效率 119
附录A3.3 射电望远镜灵敏度有关计算公式 121
A3.3.1 射电望远镜系统灵敏度 121
A3.3.2 射电望远镜天线增益计算公式 122
第4章 射电干涉测量信号分析和数据处理 124
4.1 射电干涉测量的互相关函数 124
4.1.1 互相关与互功率谱原理 124
4.1.2 CEI的相关函数 125
4.1.3 VLBI的相关函数 130
4.1.4 带宽效应 133
4.1.5 归一化相关函数与相关系数 134
4.1.6 互相关函数和互功率谱的复数表示 138
4.2 射电干涉测量观测数据的相关处理 140
4.2.1 数据采集与量化 140
4.2.2 相关处理机类型 141
4.2.3 XF型相关处理机的数据处理流程 143
4.2.4 FX型相关处理机的数据处理流程 146
4.2.5 中国VLBI网的软件相关处理机简介 148
4.2.6 干涉条纹搜索 154
4.3 相关后处理 157
4.3.1 CVN软件处理机的输出文件的内容和格式 157
4.3.2 单通道相关后处理 158
4.3.3 多通道相关后处理 166
4.4 观测值精度的估算 170
4.4.1 干涉条纹相关系数的理论值计算 170
4.4.2 信噪比理论值的计算 170
4.4.3 射电干涉测量观测值的误差估算 171
4.5 VGOS观测数据处理 173
4.5.1 概述 173
4.5.2 相关处理 174
4.5.3 通道残余时延与时延率精调 175
4.5.4 频段内各通道的相位校正 176
4.5.5 频道综合 176
4.5.6 偏振合成 177
4.5.7 残余时延与dTEC同时解算 178
4.5.8 数据文件的生成 180
第5章 射电干涉测量理论模型 181
5.1 参考坐标系 182
5.1.1 国际天球参考系 182
5.1.2 国际地球参考系 183
5.1.3 IAU2000、IAU2006决议 184
5.1.4 IAU 2000/2006参考系的实施 187
5.1.5 GCRS与ITRS间的转换 192
5.2 时间系统 194
5.2.1 时间系统的种类 194
5.2.2 时间系统间的转换关系 197
5.3 广义相对论时延模型 200
5.3.1 平面波时延 202
5.3.2 球面波时延 206
5.4 引力时延 208
5.5 测站位置运动 209
5.5.1 板块运动 210
5.5.2 固体潮 212
5.5.3 海潮载荷的测站位移 222
5.5.4 极潮 224
5.5.5 海洋极潮 226
5.5.6 S1-S2大气潮 227
5.6 传播介质时延 228
5.6.1 中性大气时延 228
5.6.2 电离层时延 231
5.7 观测设备时延模型 234
5.7.1 天线重力形变 234
5.7.2 天线热形变 237
5.8 射电源结构时延模型 238
5.8.1 射电源结构时延理论模型 239
5.8.2 射电源结构时延的计算实例 240
附录A5.1 坐标系绕坐标轴旋转??角的旋转矩阵 241
附录A5.2 儒略历法 242
附录A5.3 尼尔映射函数(NMF) 242
A5.3.1 大气干成分映射函数 243
A5.3.2 大气湿成分映射函数 244
第6章 天体测量与大地测量参数解算 245
6.1 概述 245
6.2 函数模型的建立 248
6.2.1 几何时延模型 248
6.2.2 钟差时延模型 252
6.2.3 中性大气湿成分时延模型 253
6.3 函数模型线性化与偏导数计算公式 255
6.3.1 函数模型线性化 255
6.3.2 时延观测值对射电源赤经、赤纬的偏导数 256
6.3.3 时延观测值对测站坐标的偏导数 256
6.3.4 时延观测值对EOP参数的偏导数 257
6.3.5 时延观测值对于钟差模型参数的偏导数 259
6.3.6 时延观测值对于大气湿时延与大气梯度模型参数的偏导数 260
6.4 误差方程式的建立 261
6.4.1 起始数据的准备 261
6.4.2 “O-C?”的计算 261
6.4.3 误差方程式的组成 263
6.5 法方程式的建立与参数解算 273
6.5.1 法方程式的建立 273
6.5.2 参数先验值改正数的解算及精度评估 274
6.5.3 参数约束最小二乘法的应用 275
6.6 相时延的应用 277
6.7 综合解算 283
6.7.1 综合解算的原理 283
6.7.2 综合解算过程 285
6.8 射电干涉测量观测值的相关性 288
6.8.1 概述 288
6.8.2 射电干涉测量观测数据相关性的检测方法 290
6.8.3 相关观测值的参数解算方法 292
6.8.4 相关观测值参数解算实例 293
第7章 相对射电天体测量 295
7.1 相对射电天体测量的基本方法 295
7.1.1 相时延拟合与相位参考 296
7.1.2 相位参考的基本原理 297
7.1.3 差分相位的时间与空间相干性 299
7.1.4 相位参考误差的时间项与空间项 301
7.2 影响相对天体测量精度的因素 302
7.2.1 几何时延和钟 303
7.2.2 传播介质 303
7.3 提高相对天体测量精度的方法 305
7.3.1 类测地VLBI观测方法 305
7.3.2 相位拟合法 306
7.3.3 多参考源方法 307
7.3.4 其他观测方法 308
7.4 相对天体测量的应用 309
7.4.1 天体物理学 309
7.4.2 深空探测的应用 313
7.5 展望 314
附录A7.1 VLBI周年视差测量基本原理 314
A7.1.1 周年视差的定义 314
A7.1.2 视差的观测效应 315
A7.1.3 视差拟合的思路 316
A7.1.4 最小二乘求解视差时的加权 317
第8章 射电天体测量应用于航天工程(一) 319
8.1 概述 319
8.2 航天器射电干涉测量的特点 320
8.2.1 实时性要求 320
8.2.2 有限距离 321
8.2.3 信号特点 322
8.2.4 飞行轨道 324
8.2.5 介质时延改正 325
8.3 差分DOR技术 327
8.3.1 观测模式 327
8.3.2 DOR信号结构 329
8.3.3 ?DOR观测值的计算方法 330
8.3.4 误差来源 334
8.4 伪码?DOR技术 342
8.5 Ka波段?DOR技术 344
8.6 航天器射电干涉测量定位技术 346
8.6.1 几何法绝对定位原理 346
8.6.2 几何绝对定位应用举例 353
8.6.3 同波束月面相对定位举例 356
8.6.4 相位参考成图法相对定位 359
第9章 射电天体测量应用于航天工程(二) 362
9.1 航天器定轨理论概述 362
9.1.1 运动方程 363
9.1.2 状态方程 364
9.1.3 观测方程 365
9.1.4 估值方法 365
9.1.5 VLBI测量模型建立 367
9.2 定轨中涉及的时间和坐标系统 370
9.2.1 时间系统 370
9.2.2 坐标系统 372
9.3 VLBI在“嫦娥三号”月球探测器定轨中的应用 379
9.3.1 CE-3工程测轨概况 380
9.3.2 轨道计算基本策略 382
9.3.3 数据分析和讨论 383
9.4 VLBI在“嫦娥三号”月球着陆器/巡视器定位中的应用 388
9.4.1 着陆器定位原理和方法 389
9.4.2 “嫦娥三号”着陆器定位计算 390
9.5 VLBI在“天问一号”火星探测器定轨中的应用 393
第10章 射电天体测量的发展前景 400
10.1 SKA时代的射电天体测量 400
10.1.1 脉冲星 403
10.1.2 系外行星 403
10.1.3 银河系星际和星周脉泽 403
10.1.4 快速射电暴 404
10.1.5 恒星形成区中的连续谱源 404
10.1.6 大小麦哲伦云 404
10.2 空间射电天体测量 405
10.2.1 地月VLBI 406
10.2.2 月基射电干涉仪 406
10.2.3 地球轨道VLBI 406
10.2.4 空间射电天体测量的关键技术 407
10.3 VGOS的现状与发展前景 411
10.3.1 VGOS测站建设的现状 411
10.3.2 IVS提出的VGOS测量精度指标 414
10.3.3 国际VGOS dUT1测量 415
10.3.4 国际VGOS测站坐标测量 419
10.3.5 我国VGOS观测结果 422
10.3.6 VGOS的改进与完善 424
参考文献 428
缩略语中英文对照表 446