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甚长基线干涉测量应用于参考系建立和现代地壳运动测量的研究

王广利  
【摘要】:甚长基线干涉测量(VLBI)作为一种几何测量技术,它通过测量在地球上 的一组台站相对于遥远星体在射电波段的信号的延迟变化揭示有关地球表面、 地球内部以及地球在空间的运动变化的规律。该技术可以以非常高的精度测定 河外射电源的位置。基于这样一些射电源建立的准惯性参考架可以为航空航 天、天文、天测、测地等领域的科学研究提供最佳参照。同时,对射电源的观 测也促进了对星体本身的认识。 VLBI是本世纪六十年代开始发展起来的。随着观测技术的进步,观测手段 的日益完善,观测精度不断提高。从早期的 MKI,MII记录系统,发展到今天 的 MKIII,VLBA以及 MKIV,观测设备的性能在灵敏度、记录带宽、记录速度、 记录介质和处理能力都有了很大的提高。目前有一百四十多个天测、测地VLBI 观测点分布在全世界,从七十年代开始它们参加了总计近一百多个天文的、天 测、测地的VLBI观测计划,在二十多年里对七百多个射电源进行了近三千次 实验,积累了十几千兆字节的数据资料(X波段)。延迟观测精度从数百皮秒 (picosecond,10~(-12)秒,1皮秒约0.3毫米)提高到目前的几十皮秒,甚至几 个皮秒。 VLBI经过近三十年的发展,己经成为一种相对成熟的技术。然而技术手段 的进步从来也没有停止过。当前正在研制并己经开始逐步装备到地面台站上的 MKIV数据采集系统,以及与之相适应的MKIV相关处理机将使得VLBI的观测处 理能力有一个飞跃。它的数据采集系统把目前的记录带宽增加四倍而达到1 千 兆位/秒,从而使得小天线的观测也可以象今天的较大的天线做的一样好。更 高的灵敏度使得更弱的射电源可以被观测,从而扩充在天球参考架中的射电源 数并且可得到更多的观测进行更高精度的大地测量分析。同时,新一代的相关 处理机的设计和带宽拓展将显著改进VLBI数据处理能力和处理速度。观测精 度的提高带来了认识能力的提高。二十多年来,广泛分布在地球表面上的台站 在射电波段的干涉测量对天体测量学和地球物理学作出了显著贡献。对 VLBI 实验的分析研究表明,地面点的相对位置测定精度,天体的角距的测定精度分 别可以好于 1厘米和 0.且毫角秒。VLBI技术测定的河外射电源的相对角位置组 成了当前最好的惯性参考架。VLB己经可以在亚毫角秒的水平上揭示地球定向 参数的精细变化。 基于这一原则:理论模型的精度应该至少高于观测模型精度一个数量级。 理想的VLBI模型至少在1皮秒水平上是完善的。不幸的是这一要求在当前的 绝大多数模型中不能得到满足。随着实验技术的改进,其观测精度有可能达到 更低的数量级,由此,绝大多数模型需要重新考察。 VLBI得到的地球定向数据包含了影响地球定向的所有的影响信息。地球物 理学家通过分析VLBI数据揭示海洋、大气、固体地球的特性。高精度的VLBI 数据为地球物理模型提供总的约束和在当前技术水平上的最精确的测量,这将 有可能发现新的地学现象。 从70年代初我国就开始了对VLBI技术的研究,到今天己经建立起上海和 乌鲁木齐两个25米射电天线,一个3米的流动VLBI也即将投入运行,同时相 关处理机的研制也己到了最后阶段。与国际上先进国家,如美国、德国、日本。 澳大利亚等国家的VLBI技术发展相比,我国相对较晚。随着我国的VLBI网的 建立,VLBI在我国的应用将会得到更大发展。 本论文的立题基于以下几个方面的考虑。首先随着VLBI 技术不断进步, 观测精度不断提高,应用研究的深入发展,要求在毫米级精度水平上重新审视 VLB的数学物理模型。一方面原来厘米级精度水平上的模型需要进一步精化到 毫米级精度水平,另一方面原来在厘米级精度水平上不显著的模型因素在毫米 级必须重新考虑并建立相应的模型表示:其次,随着上海天文台相关处理机的 设计完成并投入运行,要求上海天文台有独立开展VLBI应用研究的能力,包 括从实验设计,观测纲要的编制,观测实施到相关处理以及最后的数据分析和 结果应用的全面能力;第三,建立天测、测地VLBI 参考架系统,开展我国的 天测、测地 VLB应用研究。 基于这一目的,本文的工作描述如下: 天测、测地 VLBI软件系统的建立(1)CALC/SOLVE/GLOBL软件系统的引 进、安装。包括软件的运行结构以及解算过程的掌握,软件的配置以及在 HP C180 计算机上的实现。(2)仔细研究了 VLBI模型构成、实现以及综合解的算法理 论。()解诀该软件与VLBA型相关处理机的连接问题。通过这一工作使上海 天文台的天测、测地VLBI数据处理系统上了一个新台阶,达到国际先进水平。 实现全球20多年的天测、测地hBI数据的综合解算(1)建立了天球。 地球参考架的一个完整系统。(2)研究了 VLBI测定的现代地壳运动。首先用


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