深空探测VLBI技术综述
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【4】
路如森,沈志强,T.P.KRICHBAUM 等.毫米波甚长基线干涉测量的发展与展望[J].科技导 报,2011,29(7):74-79. 【5】 舒逢春,郭丽,刘敏等.基于 VLBI 和 GPS 测量 2009 年 7 月 22 日日全食期间电离层 TEC 变化[J].科技导 报,2009,27(15):19-24. 【6】 崔小明,孙和平,徐建桥等.利用 VLBI 和超导重力资料研究自由核章动周期时变特征[J].地球物理学 报,2014,57(2):384-391. 【7】 闫振,沈志强,袁建平等.脉冲星 VLBI 观测软件相关处理进展[J].天文学进展,2011,29(3):309-322.
Overview of VLBI technology for deep space exploration xxxxxxxx
（xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ） Abstract：Very long baseline interferometry system (VLBI) is at the ends of long baseline(several thousand kilometers), using radio telescope, radio signal other than receiving the Milky Way department or the Milky Way line of quasars emit signals,by contrast, according to the interference principle, a space determination of baseline length and direction directly. VLBI technology with high measurement precision, long distance, VLBI technology will be the main technology in the future, so in the current and future deep space exploration project. Key words：VLBI Deep space exploration Tec电子总含量） ； f 2 D 。
f为观测频率。 数据结果表明，日食期间TEC含量少于平常20-30%，符合预期估计值。
2、利用VLBI数据研究自由核章动周期时变特征
自由核章动(FCN，Free Core Nutation)是旋转椭球型地球的固体地幔与液态外核间 相互作用而产生的逆向本征模， 在地球参考系中称为近周日自由摆动(NDFW， Nearly Diurnal 【6】 Free Wobble) 。研究自由核章动可以为我们研究地球内部动力学提供极为重要的参考信 息， 在现今研究深部地球的手段和方法中， 自由核章动表现的物理信息可以为我们研究地球 内部结构及物理性质，还有核幔边界问题上提供帮助。 利用VLBI的天极偏差数据， 可以得到与地球更加拟合的自由核章动模型， 配合上高精度 重力仪的数据， 我们可以尽可能的减小模型的其他如固体潮等误差， 为地球内部物理学的研 究提供帮助。
一、引言
随着我国航天事业的发展，特别是卫星应用、载人航天实现之后，下一步势必考虑深空 【1】 探测问题 。 而单纯使用传统的USB系统测得的多普勒测速数据和伪码测距数据进行深空探 测器定轨，其定轨精度大大降低，无法满足深空探测需要。VLBI具备高精度测角能力，在 10000km长的基线上， 差分VLBI能够达到3nrad的测角精度。 VLBI测量技术和其它测量技术如 USB相比，测量精度高，所以更加能够满足在未来深空探测的需要。目前VLBI已成为追求航 天技术国家的一种有效的航天器精密轨道测量方法，在人造地球卫星，月球探测器，太阳系 【2】 行星际探测器，深空星系的高精度观测中应用广泛 。
四、VLBI其他应用
1、测量日全食期间电离层TEC变化 日食是百年一遇的天文学现象， 是指月球运动到地球与太阳之间直接遮挡了太阳光的现 象，日食不仅仅是天文爱好者观测的盛宴，也会对我们地球的电离层造成极大的影响。日食 时，电离层中的电子和离子数会突然减小，然后当日食结束时，太阳辐射恢复，则电离层中 的电子和离子数目会恢复原有数量。我们探测电离层用的TEC指标是电离层总电子含量，由 前面可知，在日食期间，可以观测到显著变化 2009年7月22日上午发生了本世纪时间最长，跨度最大的日全食，上海，乌鲁木齐，日 本鹿岛3个VLBI观测站联合进行了观测试验， 由于射电信号通过电离层引起的时延 ion 与沿 路径方向TEC的关系可以近似表示为 ion 1.34*10
参考文献
【1】 【2】 【3】
蒋文兵,郭涛涛.深空探测VLBI测量技术[J].大众科技,2012,(7):20-22 张彦芬,苏利娜,王力等.VLBI 技术的发展与展望[J].北京测绘,2010,(4):23-25.
朱新颖,李春来,张洪波等.深空探测 VLBI 技术综述及我国的现状和发展[J].宇航学 报,2010,31(8):1893-1899.
【 】 【3】 其中，B表示基线长度, RS 表示探测器几何时延,θ sp表示探测器方向与基线夹角 我们
为了得到探测器的三维方位，就必须拥有三条独立的基线从而得到三个 sp ，再通过以下 的方程组联立，最终能够得到探测器的方向余弦，就可以确定探测器的方位。
cos sp1 B1* Psp / B1 c o s s 2p 2 B* Ps / p 2B
时间差用 RSO 表示，称为河外射电观测时延。而它与几何时延的关系如下公式 RSO RS RSrror ， RSrror 代表着河外射电源观测时延中误差项部分。 同理观测器发射信号到达地面观测站点的时差用 SPO 表示，其与探测器几何时延 SP 的 关系为（2）式： SPO SP SPerror 去除误差项 SPerror 得到 SP 是接下来的目的， SPO SP SPerror （2） 其运算过程如下： RSO RS RSrror （1） 整理得
3、脉冲星 VLBI的观测研究
脉冲星是中子星的一种，是科学家于1967年发现的，会周期性的发射脉冲信号，直径大 多在20km左右，且在高速自转。脉冲星有非常强的引力场和磁场，它可以用来验证极端条件 下的物理规律。 为了研究脉冲星， 我们需要更好更精确的方法来研究脉冲星， 而VLBI方法是已知方法中 具有较高的分辨率和具有可行性的方法。所以，通常，科学家们利用VLBI方法来搜索脉冲星 的存在，以及其中的一些具体结构。通过研究，我们发现了双脉冲星和脉冲双星，这种奇妙 的宇宙现象无疑让科学家们更加着迷。 随着VLBI技术、观测技术和数据处理技术的不断进步，更多的VLBI网络用于开展脉冲 星观测研究。Brisken等人利用VLBI通过对脉冲星PSR B0834+06星际散射现象进行分辨率达 100uas成图观测， 对星际介质的各向异性散射进行研究。 Deller博士利用澳大利亚VLBI网LBA 【7】 对多颗脉冲星进行了成功观测，其中包括目前已知的唯一双脉冲星系统 。
二、VLBI基本原理
VLBI深空探测技术简要说来通过数个VLBI基站准实时接收数据后， 一起放入处理中心进 行运算后，合成干涉条纹，形成了最大相当于哈勃卫星400倍空间分辨率的射电望远镜。此 时观测的分辨率不再局限于射电望远镜的直径， 转而依赖于两个站点之间的间距， 这样做可 以极大的提高空间分辨率，为我们对更遥远的星空测量，或以河外射电源为基础，研究地球 板块形变提供帮助。以下是具体点的计算公式： 图1中，是以河外射电源为基准点，从而确定探测器方位和具体位置。我们可以看出需 要首先确定探测器附近空间区域内的一个河外射电源， 这个射电源将是我们的参考点。 通过 观测和初步处理， 我们可以得到河外射电源射电信号到达地面两个观测站点的时间差， 这个
目前我国的VLBI干涉测量系统由4个VLBI观测站(上海佘山站、 乌鲁木齐南山站、 北京密 云站、云南昆明站)和1个VLBI相关处理中心(上海)构成 [4] 。自从站点建设成功以来，已经 承接了嫦娥一号卫星和嫦娥二号卫星的重点监测任务， 较为圆满的完成了两个卫星的测轨任
务。 我国月球探测一期工程——绕月探测工程， VLBI系统作为测控系统的重要组成部分， 承 担绕月探测工程测轨任务。 其中上海天文台负责VLBI设备的研制和观测运行， 通过研究员们 的辛勤劳动， 建成了分辨率相当于口径为3000多公里的巨大的综合望远镜， 测角精度可以达 到百分之几角秒的站点中心。 2004年， 为了能够顺利完成对嫦娥一号探月卫星的精确测轨， 由上海天文台和其他一些 相关部门合作，在经过3年的奋斗后，成功改造并建成了VLBI上海站分系统，将北京和昆明 站设备进行更新升级， 购进并配置了一系列适应的硬件和软件处理系统， 该系统从此具备了 对嫦娥一号卫星全程实时监测的能力。至此，我国的VLBI网络已经可以成功与世界接轨，和 南非，澳大利亚，美国等地的间距都达到了8000km以上，成为了世界VLBI网络中重要的一部 【4】 分 。 07年10月24日是嫦娥一号发射的日子， 在接下来的53天VLBI测轨系统通过每天的实时跟 踪测量， 保证了嫦娥一号卫星精准的进入月球轨道， 从而成功的完成了预定的嫦娥一号探月 工程任务。 在09年的三月一日，嫦娥一号撞击月面，完成了我国首次探月。 10年10月1日，嫦娥二号升空，由于新研制的DBBC方法的应用，此次VLBI跟踪精度大有 提高，时延测量精度从5ns提高到3ns；VLBI测量数据传送北京中心的滞后时间从平均6分钟 提高到4分钟。嫦娥2号在完成探月任务后，通过L2点（拉格朗日2号点），向太阳系边缘飞 行，直至13年12月，距地球65000000公里.
总结
VLBI是国际上现今的热门技术， 它在深空探测方面具有无可比拟的优势， 是未来重点发 展方向之一。对于争做航天大国，航天强国的中国来说，这是必需要去追赶，去努力探索的 【8】【9】 方向 。通过国际交流合作，和自主研发创新，我国已经能够成功的利用VLBI技术去开 展我国的航空航天事业。在未来，河外星系的深空探测势在必行，VLBI技术就是打开未来星 【10】 际旅行的钥匙，发展VLBI技术，就是拥抱我们的未来 .
大地测量学读书报告
班级： xx 学号：xxxxx 姓名：xxx 指导老师：xx
深空探测 VLBI 技术综述 xx
（xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx）
摘要： 甚长基线干涉测量系统(VLBI)是在甚长基线的两端(相距几千公里)， 用射电望远镜， 接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理， 直接测定基线长度和方向的一种空间技术。VLBI 技术测量精度高，作用距离远，因而在当前 及未来的深空探测项目中 VLBI 技术将会是未来的主打技术。 关键词：VLBI 深空探测 技术
RSeeor RSO RS （1） 因为： SPerror RSerror 则： SP SPO RS RSO
SP SPO SPerror （2）
经过多年的天文观测， 以河外射电源为参考点建立起来的国际天球参考架(ICRF)的精度已经 高于0．05“ 3 。由于河外射电源的位置已知， RS 则可以视作已知数，则我们就去除了 大部分的误差项， 通过 SP SPO RS RSO ， 我们就可以得到探测器几何时延 SP 。 从图1中的几何关系可以得到如(3)表达式： cos sp sp *Clight/ B （3）
c o s s 3p 3 B * Ps / p 3B
从上面的公式我们就能够看出，为了保证数据的可靠性，起码我们需要3个VLBI观测台 站的数据才能成功的解算出探测器的位置，而我国现在的VLBI台站有4个，也就是初步满足 了VLBI方法在实际的观测任务中具有足够的精度与可靠。
三、我国VLBI技术应用
路如森,沈志强,T.P.KRICHBAUM 等.毫米波甚长基线干涉测量的发展与展望[J].科技导 报,2011,29(7):74-79. 【5】 舒逢春,郭丽,刘敏等.基于 VLBI 和 GPS 测量 2009 年 7 月 22 日日全食期间电离层 TEC 变化[J].科技导 报,2009,27(15):19-24. 【6】 崔小明,孙和平,徐建桥等.利用 VLBI 和超导重力资料研究自由核章动周期时变特征[J].地球物理学 报,2014,57(2):384-391. 【7】 闫振,沈志强,袁建平等.脉冲星 VLBI 观测软件相关处理进展[J].天文学进展,2011,29(3):309-322.
Overview of VLBI technology for deep space exploration xxxxxxxx
（xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ） Abstract：Very long baseline interferometry system (VLBI) is at the ends of long baseline(several thousand kilometers), using radio telescope, radio signal other than receiving the Milky Way department or the Milky Way line of quasars emit signals,by contrast, according to the interference principle, a space determination of baseline length and direction directly. VLBI technology with high measurement precision, long distance, VLBI technology will be the main technology in the future, so in the current and future deep space exploration project. Key words：VLBI Deep space exploration Tec电子总含量） ； f 2 D 。
f为观测频率。 数据结果表明，日食期间TEC含量少于平常20-30%，符合预期估计值。
2、利用VLBI数据研究自由核章动周期时变特征
自由核章动(FCN，Free Core Nutation)是旋转椭球型地球的固体地幔与液态外核间 相互作用而产生的逆向本征模， 在地球参考系中称为近周日自由摆动(NDFW， Nearly Diurnal 【6】 Free Wobble) 。研究自由核章动可以为我们研究地球内部动力学提供极为重要的参考信 息， 在现今研究深部地球的手段和方法中， 自由核章动表现的物理信息可以为我们研究地球 内部结构及物理性质，还有核幔边界问题上提供帮助。 利用VLBI的天极偏差数据， 可以得到与地球更加拟合的自由核章动模型， 配合上高精度 重力仪的数据， 我们可以尽可能的减小模型的其他如固体潮等误差， 为地球内部物理学的研 究提供帮助。
一、引言
随着我国航天事业的发展，特别是卫星应用、载人航天实现之后，下一步势必考虑深空 【1】 探测问题 。 而单纯使用传统的USB系统测得的多普勒测速数据和伪码测距数据进行深空探 测器定轨，其定轨精度大大降低，无法满足深空探测需要。VLBI具备高精度测角能力，在 10000km长的基线上， 差分VLBI能够达到3nrad的测角精度。 VLBI测量技术和其它测量技术如 USB相比，测量精度高，所以更加能够满足在未来深空探测的需要。目前VLBI已成为追求航 天技术国家的一种有效的航天器精密轨道测量方法，在人造地球卫星，月球探测器，太阳系 【2】 行星际探测器，深空星系的高精度观测中应用广泛 。
四、VLBI其他应用
1、测量日全食期间电离层TEC变化 日食是百年一遇的天文学现象， 是指月球运动到地球与太阳之间直接遮挡了太阳光的现 象，日食不仅仅是天文爱好者观测的盛宴，也会对我们地球的电离层造成极大的影响。日食 时，电离层中的电子和离子数会突然减小，然后当日食结束时，太阳辐射恢复，则电离层中 的电子和离子数目会恢复原有数量。我们探测电离层用的TEC指标是电离层总电子含量，由 前面可知，在日食期间，可以观测到显著变化 2009年7月22日上午发生了本世纪时间最长，跨度最大的日全食，上海，乌鲁木齐，日 本鹿岛3个VLBI观测站联合进行了观测试验， 由于射电信号通过电离层引起的时延 ion 与沿 路径方向TEC的关系可以近似表示为 ion 1.34*10
参考文献
【1】 【2】 【3】
蒋文兵,郭涛涛.深空探测VLBI测量技术[J].大众科技,2012,(7):20-22 张彦芬,苏利娜,王力等.VLBI 技术的发展与展望[J].北京测绘,2010,(4):23-25.
朱新颖,李春来,张洪波等.深空探测 VLBI 技术综述及我国的现状和发展[J].宇航学 报,2010,31(8):1893-1899.
【 】 【3】 其中，B表示基线长度, RS 表示探测器几何时延,θ sp表示探测器方向与基线夹角 我们
为了得到探测器的三维方位，就必须拥有三条独立的基线从而得到三个 sp ，再通过以下 的方程组联立，最终能够得到探测器的方向余弦，就可以确定探测器的方位。
cos sp1 B1* Psp / B1 c o s s 2p 2 B* Ps / p 2B
时间差用 RSO 表示，称为河外射电观测时延。而它与几何时延的关系如下公式 RSO RS RSrror ， RSrror 代表着河外射电源观测时延中误差项部分。 同理观测器发射信号到达地面观测站点的时差用 SPO 表示，其与探测器几何时延 SP 的 关系为（2）式： SPO SP SPerror 去除误差项 SPerror 得到 SP 是接下来的目的， SPO SP SPerror （2） 其运算过程如下： RSO RS RSrror （1） 整理得
3、脉冲星 VLBI的观测研究
脉冲星是中子星的一种，是科学家于1967年发现的，会周期性的发射脉冲信号，直径大 多在20km左右，且在高速自转。脉冲星有非常强的引力场和磁场，它可以用来验证极端条件 下的物理规律。 为了研究脉冲星， 我们需要更好更精确的方法来研究脉冲星， 而VLBI方法是已知方法中 具有较高的分辨率和具有可行性的方法。所以，通常，科学家们利用VLBI方法来搜索脉冲星 的存在，以及其中的一些具体结构。通过研究，我们发现了双脉冲星和脉冲双星，这种奇妙 的宇宙现象无疑让科学家们更加着迷。 随着VLBI技术、观测技术和数据处理技术的不断进步，更多的VLBI网络用于开展脉冲 星观测研究。Brisken等人利用VLBI通过对脉冲星PSR B0834+06星际散射现象进行分辨率达 100uas成图观测， 对星际介质的各向异性散射进行研究。 Deller博士利用澳大利亚VLBI网LBA 【7】 对多颗脉冲星进行了成功观测，其中包括目前已知的唯一双脉冲星系统 。
二、VLBI基本原理
VLBI深空探测技术简要说来通过数个VLBI基站准实时接收数据后， 一起放入处理中心进 行运算后，合成干涉条纹，形成了最大相当于哈勃卫星400倍空间分辨率的射电望远镜。此 时观测的分辨率不再局限于射电望远镜的直径， 转而依赖于两个站点之间的间距， 这样做可 以极大的提高空间分辨率，为我们对更遥远的星空测量，或以河外射电源为基础，研究地球 板块形变提供帮助。以下是具体点的计算公式： 图1中，是以河外射电源为基准点，从而确定探测器方位和具体位置。我们可以看出需 要首先确定探测器附近空间区域内的一个河外射电源， 这个射电源将是我们的参考点。 通过 观测和初步处理， 我们可以得到河外射电源射电信号到达地面两个观测站点的时间差， 这个
目前我国的VLBI干涉测量系统由4个VLBI观测站(上海佘山站、 乌鲁木齐南山站、 北京密 云站、云南昆明站)和1个VLBI相关处理中心(上海)构成 [4] 。自从站点建设成功以来，已经 承接了嫦娥一号卫星和嫦娥二号卫星的重点监测任务， 较为圆满的完成了两个卫星的测轨任
务。 我国月球探测一期工程——绕月探测工程， VLBI系统作为测控系统的重要组成部分， 承 担绕月探测工程测轨任务。 其中上海天文台负责VLBI设备的研制和观测运行， 通过研究员们 的辛勤劳动， 建成了分辨率相当于口径为3000多公里的巨大的综合望远镜， 测角精度可以达 到百分之几角秒的站点中心。 2004年， 为了能够顺利完成对嫦娥一号探月卫星的精确测轨， 由上海天文台和其他一些 相关部门合作，在经过3年的奋斗后，成功改造并建成了VLBI上海站分系统，将北京和昆明 站设备进行更新升级， 购进并配置了一系列适应的硬件和软件处理系统， 该系统从此具备了 对嫦娥一号卫星全程实时监测的能力。至此，我国的VLBI网络已经可以成功与世界接轨，和 南非，澳大利亚，美国等地的间距都达到了8000km以上，成为了世界VLBI网络中重要的一部 【4】 分 。 07年10月24日是嫦娥一号发射的日子， 在接下来的53天VLBI测轨系统通过每天的实时跟 踪测量， 保证了嫦娥一号卫星精准的进入月球轨道， 从而成功的完成了预定的嫦娥一号探月 工程任务。 在09年的三月一日，嫦娥一号撞击月面，完成了我国首次探月。 10年10月1日，嫦娥二号升空，由于新研制的DBBC方法的应用，此次VLBI跟踪精度大有 提高，时延测量精度从5ns提高到3ns；VLBI测量数据传送北京中心的滞后时间从平均6分钟 提高到4分钟。嫦娥2号在完成探月任务后，通过L2点（拉格朗日2号点），向太阳系边缘飞 行，直至13年12月，距地球65000000公里.
总结
VLBI是国际上现今的热门技术， 它在深空探测方面具有无可比拟的优势， 是未来重点发 展方向之一。对于争做航天大国，航天强国的中国来说，这是必需要去追赶，去努力探索的 【8】【9】 方向 。通过国际交流合作，和自主研发创新，我国已经能够成功的利用VLBI技术去开 展我国的航空航天事业。在未来，河外星系的深空探测势在必行，VLBI技术就是打开未来星 【10】 际旅行的钥匙，发展VLBI技术，就是拥抱我们的未来 .
大地测量学读书报告
班级： xx 学号：xxxxx 姓名：xxx 指导老师：xx
深空探测 VLBI 技术综述 xx
（xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx）
摘要： 甚长基线干涉测量系统(VLBI)是在甚长基线的两端(相距几千公里)， 用射电望远镜， 接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理， 直接测定基线长度和方向的一种空间技术。VLBI 技术测量精度高，作用距离远，因而在当前 及未来的深空探测项目中 VLBI 技术将会是未来的主打技术。 关键词：VLBI 深空探测 技术
RSeeor RSO RS （1） 因为： SPerror RSerror 则： SP SPO RS RSO
SP SPO SPerror （2）
经过多年的天文观测， 以河外射电源为参考点建立起来的国际天球参考架(ICRF)的精度已经 高于0．05“ 3 。由于河外射电源的位置已知， RS 则可以视作已知数，则我们就去除了 大部分的误差项， 通过 SP SPO RS RSO ， 我们就可以得到探测器几何时延 SP 。 从图1中的几何关系可以得到如(3)表达式： cos sp sp *Clight/ B （3）
c o s s 3p 3 B * Ps / p 3B
从上面的公式我们就能够看出，为了保证数据的可靠性，起码我们需要3个VLBI观测台 站的数据才能成功的解算出探测器的位置，而我国现在的VLBI台站有4个，也就是初步满足 了VLBI方法在实际的观测任务中具有足够的精度与可靠。
三、我国VLBI技术应用