测定天文大气折射和建立折射延迟实测模型的必要性

根据经典天体定位测量受天文大气折射的影响和现代空间大地测量对中性大气折射延迟改正的要求,分析了这些修正没有达到预期精度要求的原因:主要在于不能直接测定天文大气折射;文章针对这些影响量对大气分布模型的依赖性,改正值应随着不同的观测站和不同方位而异的要求,提出了提高这两种改正精度的有效途径:在各观测站不同方位的各天顶距,测定天文大气折射值,分别建立不同方位的大气折射实测模型,并利用实测数据,求解出折射率差和映射函数的参数,建立和采用随着观测站、随着方位而异的折射延迟改正模型。这一新方法的实施,将能在避免采用大气分布模型的情况下,把较低高度角的折射延迟改正精度从现在的米级提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°以内。文章还论述了在各观测站多方向测定天文大气折射值的可能性。     

关于大气分布模型

简述了大气垂直分布情况和高空探测方法,分析了目前只能采用球对称大气分布模型的原因;论证了随观测站、随方位而异的天文大气折射实测模型和折射延迟改正模型,已经包含了观测站上空大气实际分布的非球对称特性,不必再去寻找或建立随地势而异和随季节而变的大气分布模型,避免了大气分布模型选择不当的影响,从一个方面为提高天文大气折射改正精度和电磁波大气折射延迟改正精度提供了保证。     

提高中性大气折射延迟改正精度的可能途径

针对空间大地测量技术对中性大气折射延迟改正精度的要求,阐述了折射延迟改正值应随测站和随方位而异的必要性．指出,在尚不能直接测定天文大气折射值的情况下,现有的各种改正模型对大气分布模型的依赖性,不能达到预期的精度和降低观测的截止角．根据云南天文台低纬子午环的特殊结构,和测定大气折射的实践,提出了提高折射延迟改正精度的新方法,即：利用各观测站不同方位从天顶附近直到低地平高度角的天文大气折射实测数据,求解得到折射率差和映射函数的参数,从而建立随测站和随方位而异的大气折射延迟改正模型．这一新方法的实施,将能在不需采用大气分布模型的情况下,把天顶延迟的改正精度提高到1 mm以内,低地平高度角的折射延迟改正精度提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°以内．     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅵ)-瞬时大气折射值和折射率差的取得

根据测定天文大气折射的原理,叙述了利用相应的观测值获得瞬时大气折射测定值和建立大气折射实测模型的途径,并从各种测定值与最后结果之间的关系,指出了这里对数据处理的要求;文章介绍了对测定值进行波长改正和建立折射延迟实测模型的处理方法,分析了改正模型对天文大气折射测定值的分布要求,给出了观测数据随天顶距的增大而加密的分布模型。     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅲ)-专用测量仪器

针对用天文大气折射测定值,建立随观测站和随方位而异的电磁波折射延迟改正模型的高精度要求,提出了新的仪器误差理论,其主要内容是允许仪器误差存在,并看成是不断变化的,采用相应的测量方法作实时的测定和修正,同时消除仪器的各种变形和误差的影响,排除观测数据中的各种系统误差来源,并达到提高单次测定精度目的;文中还针对不同纬度的观测站、多方位、从天顶直到低空的观测需要,给出了仪器总体结构的安排,和采用视频CCD作为接收器的终端设计方案,也给出了各种仪器误差的测定方法和测量装置的设计要求。     

测定瞬时天文大气折射值和建立本地实测模型

利用天文大气折射在空间大地测量中的新用途,并指出,为了满足这一新用途的高要求,必须有一种有效的方法,能直接测定瞬时大气折射值,建立与观测站周围地理环境相适应的大气折射模型,再转换成中性大气折射延迟改正模型.文章简述了测定大气折射值必须满足的条件.阐述了云南天文台探讨出的利用低纬子午环的观测原理,在不同方向和不同天顶距直接测定瞬时大气折射值的一套方法,并给出了用实测数据在东,南、西,北4个方向建立的按恒星光谱型分类的大气折射实测模型.     

关于天文大气折射的讨论

通过比较天文大气折射级数表达形式和映射函数表达形式,认为对于一个具体的大气折射模型而言,前者的计算精度不会低于后者,理论推导的级数表达式则因为作了不同的近似,使收敛性较差;经过分析大气折射映射函数的母函数方法,认为这种方法不能体现地球物理和大气物理的特性;通过比较指出,采用某地特定的大气分布所建立的大气折射模型,不是各地都适用的,也不能用来评价其他的大气折射模型;为了提高修正精度,关键问题在于采用有效的方法,在不同方位直接测定瞬时大气折射值,建立本地的随方位而异的大气折射实测模型.     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅳ)-瞬时天文纬度测定值

根据测定天文大气折射的原理,以及建立电磁波折射延迟改正模型的需要,叙述了对瞬时天文纬度测定值的严格要求;分析了经典测量仪器和空间大地测量技术所得的瞬时纬度测定值在这里不适用的原因;提出采用子午方向以外的各给定方位的时角测定值与计算值之差,解算瞬时纬度测定值的新方法,以避免大气折射修正值残差的影响;文章对观测数据的处理提出了特殊要求,并论述了所拟专用测量仪器对实施这一方法的可行性。     

实测大气折射值的新方法

简单评述了现有各种版本的大气折射表所依据的理论基础和编制方法，指出了实测大气折射值、建立随地形而异的实测大气折射模型的必要性和应具备的基本条件；在分析了长期以来不能直接测定大气折射值的原因后，介绍了一种在不同方向精确测定大气折射值和建立观测点大气折射模型的新方法，以及所依赖的观测仪器具备的特性，最后给出了用实测数据建立的本地大气折射模型。     

测定天文大气折射和建立电磁波折射延迟实测模型(Ⅴ)-视天顶距测定值的取得

简述了测定瞬时大气折射值以及建立电磁波折射延迟改正模型时,对视天顶距测定值的精度要求和消除系统误差的必要性;根据新的仪器误差理论,文章采取与国外高精度测量仪器的误差测量方法相对比的方式,介绍了专用测量仪器的各种主要误差的测定方法及其所能达到的精度;还介绍了在不同方位的观测时,视频CCD图像中星像的分布情况。     

中性大气折射映射函数和大气折射母函数方法

回顾了作为实用天文学和大地测量学中基本研究课题之一的大气折射函数研究的最新进展;介绍了近几年发展的大气折射母函数方法。对如今广泛地应用在空间测量技术中的几种映射函数,如ＣｆＡ２．２、ＭＴＴ等模型作出评述;特别分析了ＮＭＦ模型的优点和不足之处。还介绍了由大气折射母函数方法引出的大气延迟新连分式映射函数和天文大气折射的映射函数方法,利用ＶＬＢＩ实验中高度截止角与基线长变化的关系和探空气球（ｒａｄｉｏｓ     

天文大气折射的较差测量方法及试观测结果

受到大气折射的影响,天文观测上通常回避仰角15°以下的目标的观测,但作为大气折射的完整理论研究,低仰角下的大气折射仍然是值得分析探究的.特别是对某些工程应用方面,低仰角的目标有时必须要观测.提出了一套新的利用较差方法测定大气折射的思路.利用一台较大视场的望远镜从天顶开始,在不同高度上对星空作一系列观测,计算不同天顶距处大气折射函数的各阶导数,最后经数值积分可给出大气折射实测值.该方法不依赖于严格的地方参数和复杂精密的观测仪器,并且观测原理相对简单. 2007年底,利用一台简易的大视场望远镜在兴隆观测站进行了试验观测,根据较差方法实测得到真天顶距44.8°至87.5°的大气折射值,初步证明了大气折射较差测量方法的可行性.受到观测条件的限制,本次实测结果精度有限,偶然误差最大约为6",并且存在一定的系统差.在天顶距84°时,与普尔科沃大气折射表的差值约为15".如何消除因积分模型误差引入的累积误差是今后需要解决的关键问题.     

大气折射母函数方法、大气折射解析解和映射函数

回顾了作为实用天文学和大地测量学中基本研究课题之一的大气折射映射函数研究的进展。介绍了近几年上海天文台发展的大气折射母函数方法 ,以及由此导出的大气折射解析解。对如今广泛地应用在空间测量技术中的几种映射函数做出评述 ;分析了NMF模型的优点和不足之处。介绍了由大气折射母函数方法引出的大气延迟新连分式映射函数和天文大气折射的映射函数方法。利用VLBI实验中高度截止角与基线长度重复率的关系、探空气球 (radiosonde)观测资料、PRARE资料比较了各种映射函数的结果。特别指出了映射函数方法对天文大气折射和光学波段测距精度的改进。讨论了大气折射计算中的主要误差源。     

关于天文折射

本文概述了天文折射产生的原因及其对天体测量观测的影响;天文折射的早期和近代的一些理论,以及依据这些理论建立的模型。同时指出,这些理论和模型所存在的问题,关键是不能客观地描述真实大气状况,这导致了折射表的不精确,尤其是在大天顶距的情况下。强调了从天体测量观测和研究大气状况本身的需要出发,用新方法及手段实时实地的对天文折射进行测量。     

电磁波折射延迟的弯曲改正

针对中性大气折射延迟改正中压缩截止高度角和提高改正精度的要求,推导了电磁波折射延迟中由天文大气折射引起的路径弯曲改正的计算公式,这是在许多理论模型中给出中性大气折射延迟改正的公式时,都会在主项后边给出的,却又因为它是小量而常被忽略的一项改正.实际上,在不太低的高度角,例如15°,这一项就达到1 cm量级,是不能忽略的.李延兴等人专门对这一改正作了推导,给出了逐步逼近的计算方法和计算值;严毫健也曾给出了直接计算的公式,计算结果却比李延兴等人的小3倍多,这说明对该项改正有必要作进一步的研究,拿出简便可靠的计算公式.     

大气折射与路径弯曲延迟

电磁波信号在地球大气中的传播受到折射的影响,传播的方向发生了改变,传播的路径变为曲线,长度大于直线距离,相应的传播时间也被延长了,采用一个简化的球对称大气模型计算了光线在不同天顶距下由于路径弯曲而引起的延迟改正.     

折射延迟改正模型

在分析了一些主要的天顸延迟改正模型，并对几种连分式形式的映射函数模型作了归纳后，认为：前者只能都基于大气球对称分布模型，采用差不多相同的各向同性的改正模型，各种映射函数模型的连分式之间，差别仅是形式上的，没有实质性差异。文章利用普尔科沃大气折射表的表列数据作模拟计算，求解折射率差和映射函数的参数证明，可以用天文大气折射定值作模拟处理，得到折射延迟改正模型中的所有参数，并得出结论：映射函数的形式是次要的，随着项数的增加，都能提高模拟精度。文章给出了模拟过程。     

用低纬子午环绝对测定大气折射改正

利用子午仪器进行天体位置的绝对测定,大气折射效应是仪器以外的主要误差来源。尤其是在大天顶距的情况下,用目前的大气折射理论,不能给出可用的精确数值。为了提高天体位置的测定精度,本文提出利用低纬子午环在卯酉方向观测,实测大气折射值,期望利用实测的结果,建立更接近于实际情况的大气折射表。同时,可以对不同光谱型的恒星建立专门的大气折射表。     

大气折射的计算

把普尔科沃大气折射表的第4、第5版进行完全计算机化，用多项式拟合大气折射表，直至天顶距83°为止，公式和表列值完全符合，同时用实际计算进行了精度比较。中丹水平子午环大气折射计算采用了计算机化的算法。大气折射是精密天体定位的重要研究课题之一，它除了影响光学天文定位外，还严重地影响射电天文、激光精密定位及GPS比对精度，随着天文定位精度的提高，大气折射的研究更显出其重要性。     

建立经纬度异常变化三角监测网的观测纲要和工作星表

为了在云南省及周边地区强地震前提供天文经、纬度异常变化的信息而建立三角监测网的需要,本文叙述了在各观测站都采用的两种观测纲要的编制方法.一是8个方位的观测纲要,通过一年观测数据的比较,拟合出各观测站的本地天文大气折射实用模型;二是长期使用的仅在子午方向观测的纲要.文章根据这种测量对工作星表的要求,在分析了依巴谷星表的亮星分布情况后,决定仅选用4.0～6.0mag的光谱型B、A、F、G、K型的依巴谷星.这一选星范围,也为测量仪器口径的选择提供了依据.