稀疏矩阵技术及其在天测与测地VLBI数据处理中的应用

介绍了稀疏矩阵的四种常见形式以及稀疏矩阵技术在天测与测地VLBI数据处理中的应用。推演了天测与测地VLBI数据综合解算中所用稀疏矩阵形式下待估参数求解和协方差矩阵估算的算法。通过对是否采用稀疏矩阵技术时方程求解 (乘法和加法 )运算对数的估算和比较 ,表明普通最小二乘方法的运算对数约为参数总数的 3次方 ,而采用稀疏矩阵技术时的运算对数近似与参数总数成线性关系 ,从而能够在现代空间对地观测技术的大样本数据处理中显著缩短计算时间。     

天测与测地VLBI资料处理中的剩余钟行为建模

利用实测资料和模拟数据，分析了在天测与测地VLBI数据处理软件CALC／SOLVE中，剩余钟行为连续分段线性拟合的局限性和周期函数拟合的可行性．对CALC／SOLVE系统增配了周期函数拟合模块，并选取了1990年至2001年的1567次天测与测地VLBI实验，进行了剩余钟行为两种拟合模型情况下的实测资料综合解算．结果表明，在获得同等水平的时延拟合残差加权均方根(wrms)的情况下，对剩余钟行为采用周期函数拟合，使得解算参数的个数相比于连续分段线性拟合有显著减少，提高了解算的自由度．虽然在两种模型情况下的台站和射电源坐标以及地球定向参数等的解算精度无显著差异，但周期函数拟合存在可以识别的优势，85％以上的台站坐标和74％以上的源坐标以及51％以上的EOP精度均有所提高，均值分别为0．02mm、0．3μas和1．5μas．     

基于VLBI资料的ERP高频变化求解方法的研究

在天测与测地VLBI资料分析软件CALC／SOLVE中，对地球自转参数(ERP)高频变化的解算采用了附加约束的连续分段线性拟合方法，即要求在两个历元节点之间ERP变化率小于某事先约定值，并要求ERP在历元节点上连续．实测资料分析表明，当资料点密度较低时，引入约束条件和要求连续均有助于提高解的稳定性，但也人为降低了解的客观性，使各历元节点ERP解算结果之间相关．为此，基于CALC／SOLVE的用户偏导功能，实现了ERP高频变化的直接求解模块，不附加约束，也不要求连续．实测资料分析表明对ERP高频变化的直接求解模式更为可取．对于长时段VLBI资料的ERP高频变化求解，需要考虑岁差和章动模型偏差(天极偏移)的影响，编写相应的求解模块，并成功实现了1979至2003年长时段ERP高频变化求解．比较表明，在考虑了岁差章动模型偏差的影响时能够显著提高解的精度．为此，在基于VLBI资料解算ERP高频变化时，建议采用直接求解模式，并考虑岁差章动模型偏差的影响．     

实时VLBI技术

随着通信技术的发展出现了用数据通讯网络代替磁带记录与传输，将数据直接传至数据中心处理的实时VLBI技术，它包括准实时和真实时VLBI两个技术层次，是VLBI技术的一次飞跃。实时VLBI除具备传统VLBI的高精度、高灵敏度和全天候、全天时被动观测能力以外，还具有设备简化、自动化程度高、实时性、易于利用现代通信技术获得宽带能力与高灵敏度等突出特点。它在VLBI台站检测、航天器精密跟踪、UT1加强观测和传统的测地和天文学观测领域的有重要的科学意义和实用价值。     

射电源结构对VLBI天体测量的影响

目前利用VLBIMK3系统确定的延迟测量的精度约为30ps,在这样的精度下,改善计算延迟的理论模型,考虑各种微扰改正（包含30ps量级）是非常重要的。在VLBI天休测量和测地计算的各种软件中,至今尚未计及射电源结构对延迟的影响。本文利用两子源模型对源结构延迟的大小及随时间的变化进行了计算,讨论了源结构延迟对VLBI天测和测地参数的影响,指出：（1）除对某些VLBI天测的射电源作长期的监测与研究,给出它们的双频综合图外,对大多数源可采用简单的两子源模型;（2）源结构对延迟的影响主要依赖于基线相对于源形态的主要特征的空间投影;（3）源结构延迟对天测和测地参数的影响达厘米和亚毫角秒量级。     

实时VLBI技术

随着通信技术的发展出现了用数据通讯网络代替磁带记录与传输 ,将数据直接传至数据中心处理的实时VLBI技术 ,它包括准实时和真实时VLBI两个技术层次 ,是VLBI技术的一次飞跃。实时VLBI除具备传统VLBI的高精度、高灵敏度和全天候、全天时被动观测能力以外 ,还具有设备简化、自动化程度高、实时性、易于利用现代通信技术获得宽带能力与高灵敏度等突出特点。它在VLBI台站检测、航天器精密跟踪、UT1加强观测和传统的测地和天文学观测领域均有重要的科学意义和实用价值。     

Sun工作站上SOLVK软件的使用方法

介绍VLBI天体测量和测地数据分析SOLVK软件的使用方法。利用现有的国际VLBI MK3观测数据，向有关科研人员提供如何利用该软件进行数据存取、存档及各参数解算等实施过程。     

VLBI资料处理软件系统CALC／SOLVE中的USER_PARTIAL功能

结合天测与测地VLBI资料处理中的实际工作需求，介绍了CALC/SOLVE中的USER_PARTIAL功能，并给出应用实例。     

VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是20世纪60年代后期发展起来射电干涉新技术，自20世纪70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高，利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度，进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。     

1979—1997年测地VLBI资料统计

对1979－1997年间测地VLBI资料，按测站网的观测时段、观测次数、台站组成和地理分布等特性进行了统计。     

VLBI台站监管系统的研制与应用

VLBI台站监管系统是绕月探测工程VLBI测轨分系统应用软件的一个重要组成部分。其主要功能是在VLBI观测期间实时监管各测站参试设备运行状况,采集参试设备数据信息并进行处理分析与存档,当系统出现问题时能立即指出问题所在;另外,还实时提供必要的有关数据给VLBI数据处理中心做相关处理。VLBI台站监管系统在嫦娥探月一期工程实施期间运行稳定、可靠,对VLBI测轨任务的圆满完成起到了积极的作用。目前,它仍在探月工程的常规观测中发挥作用。     

差分VLBI技术在采样返回任务中的应用

针对采样返回任务中多探测器精密短弧定轨问题,研究了甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技术在两探测器间的交替观测模式、2π模糊度解算方法和数据差分处理方法,给出了星载信标的设计原则和方案。利用日本SELENE探月卫星的两个小卫星R-star和V-star的同波束VLBI相关相位生成了交替VLBI相位观测量,对其进行了差分处理求解差分时延,然后利用差分时延和测速测距数据进行定轨计算。对差分时延的分析表明,交替VLBI差分群时延RMS值为46 mm,测量精度与同波束VLBI差分群时延相当;交替VLBI差分相时延RMS值为1.6 mm,测量精度与同波束VLBI差分相时延相当。定轨结果表明,交替VLBI在进行多探测器的短弧定轨时能达到同波束VLBI相当的精度。     

PIMA软件在APSG测地VLBI数据处理中的应用

上海VLBI相关处理中心引进了一款国外新近研发的VLBI相关后处理软件PIMA,它在相位校准、复带通校准和条纹搜索等方面具有独到的优势,特别适合于射电源的成图和绝对天体测量。以亚太空间地球动力学计划(Asian Pacific Space Geodynamics,APSG)测地VLBI观测为样本,介绍了PIMA软件及配套数据分析软件VTD/Post-Solve的特点和处理流程。对PIMA获得的观测量文件以及国际VLBI天体测量和大地测量服务(International VLBI Service for Geodesy and Astrometry,IVS)常规数据处理获得的观测量文件,分别进行了台站坐标和射电源位置参数解算。二者的解算结果在测量误差范围内一致,且在低信噪比情况下,PIMA获得了更多的观测量。后续的APSG观测将包括更多数量的微弱射电源。PIMA软件有望在此类数据处理中发挥重要作用。     

CVN硬盘系统和软件相关处理在e-VLBI试验中的应用

介绍了中国VLBI网（CVN）的e-VLBI技术研究进展．CVN包括上海佘山、乌鲁木齐南山2个固定观测站和云南昆明的流动站，以及上海天文台的2台站硬件相关处理机。2003年上海天文台自行研制了基于PC技术的VLBI数据记录、回放系统，命名为CVN硬盘系统，并成功将其安置于CVN观测站和处理机系统。硬件处理机经过改造后，已能处理来自硬盘和原有磁带系统的数据．从2003年至今，中国VLBI网采用该硬盘系统进行了多次VLBI观测和e-VLBI试验。在CVN硬盘系统基础上，软件相关处理技术的研究也得以开展。软件相关处理原型程序已经被用于台站条纹检测、卫星条纹搜索和数据处理中。该软件获得的计算结果被成功用于国内第一个3台站卫星VLBI的延迟和延迟率闭合试验，以及国内首次利用VLBI数据进行的卫星定轨试验。除此之外，该软件还用作硬件处理机的条纹引导器。为适应未来“嫦娥”月球探测工程，CVN将扩展成含有4个观测站和2个相关处理机（硬件、软件）的实时VLBI网。今后，e-VLBI将被应用于月球卫星导航以及测地和天体物理的VLBI观测。     

利用VLBI数据确定"探测一号"卫星的轨道

双星计划的“探测一号”是中国首颗真正严格意义上的科学实验卫星,其运行轨道为中国迄今所发射的卫星中距地球最远,远地点地心距达7．8万公里．采用射电天文的VLBI技术可以对“探测一号”以及更远的深空目标,如探月飞行器实现跟踪．为了验证VLBI技术在我国探月计划中的作用,上海天文台组织了国内目前仅有的上海、乌鲁木齐和昆明3个台站对“探测一号”进行试跟踪,利用对“探测一号”约两天的VLBI观测数据,确定“探测一号”卫星的轨道,对VLBI的定轨能力做初步的探讨．按照测控部门提供的初轨 (其精度仅保证跟踪)推算的轨道与VLBI时延的拟合误差平均约2 km,时延率的拟合误差平均约15 cm／s．而利用VLBI数据定轨后的拟合程度相对于初轨有了很大的改善,结果表明,单独利用VLBI时延定轨,时延的拟合精度约5．5 m,作为外部检核的VLBI时延率的拟合精度在2 cm／s左右．单独利用VLBI时延率定轨,时延率的拟合精度约为1．3 cm／s,作为外部检核的VLBI时延的拟合精度约为29 m．而若将时延和时延率数据联合定轨,采用其内符精度加权,VLBI时延和时延率的残差分别为5．5 m和 2 cm／s．为了合理地评估VLBI定轨的真实精度,利用模拟数据进行误差协方差分析,结果表明VLBI定轨精度受动力学模型误差的影响较大,由于"探测一号”卫星的动力学模型难以精确确定,所以利用两天弧段的VLBI数据确定“探测一号”卫星轨道的位置误差为km量级,而速度误差可达cm／s量级．模拟计算还表明, VLBI和USB数据联合定轨可以大大提高定轨精度．     

基于基线信噪比估计台站性能参数与射电源流量密度

对于天体测量与大地测量VLBI观测,所选取射电源的强弱以及参加观测的台站系统的性能表现对其观测结果具有重要的影响。以基线信噪比为观测量建立观测方程,采用带约束条件的最小二乘估计方法,统一估算射电源的流量密度和台站的系统等效流量密度,从而对所选取射电源以及台站在VLBI观测中的性能表现进行评估。使用国际VLBI网观测数据验证了射电源流量密度及台站性能参数估计方法的正确性,并利用中国VLBI网实测数据评估了国内VLBI台站的性能表现。     

利用天基测角资料进行定轨的方法初探

利用观测得到的测角资料确定目标星的轨道,具有非常重要的应用价值.为了解决该问题,首先给出了最优化数学模型STSM,其次,利用测角资料进行多项式拟合,给出求解最优化模型STSM所必需的初始值计算方案,再次,对STSM目标函数的性态进行了详细地分析,并据此给出了求解该优化问题的基本方法.最后,将上面的方法付诸实施,进行了大量的仿真计算,并对仿真结果进行了初步地分析.计算结果表明,在一定的精度和稀疏度的限制之下,根据方案使用天基测角数据确定目标星的轨道根数既可行又稳健.     

VLBI数据软件相关处理方法研究

VLBI技术是 2 0世纪 6 0年代后期发展起来射电干涉新技术 ,自 2 0世纪 70年代至今VLBI数据预处理主要采用硬件相关处理机。近年来随着通用计算机性能的大幅度提高 ,利用软件方法对VLBI数据进行相关处理逐渐成为可能。介绍了国内外VLBI软件相关处理机的研究进展情况和VLBI数据相关处理的基本数学模型。针对实际软件相关处理方法研究中数学模型应用和各类参数选取等情况作了详细介绍。根据现有数据处理精度和处理速度 ,进一步分析了提高软件相关处理速度的可能性。     

VLBI软件件相关处理机现状和发展趋势

相关处理机是VLBI数据处理系统的核心设备。基于计算机集群和高性能并行计算技术研发的软件相关处理机,正逐渐成为VLBI海量观测数据处理的主流,并以其灵活性、扩展性、易用性等特点,在天文、测地和深空探测领域中获得广泛应用。梳理了国内外主流VLBI软件相关处理机系统发展历史和技术架构,并做归纳比较,最后分析未来的应用需求及发展趋势。     

lbb-用于射电天文VLBI基带数据读写的库

Library for Baseband (lbb)是一个自研的用于读取解析甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)基带数据的工具库,主要用于VLBI观测中对终端基带数据的读取、解析及输出结果分析.该软件库通过对基带数据的自动判断,自动实现读取不同数据格式的功能,并提供了各种各样的API (Application Programming Interface)功能供用户调用.目前lbb软件库已经成功应用在了探月工程VLBI测轨任务中的硬件相关处理机配置项和测地VLBI观测数据的预处理.文章详细介绍了lbb软件库的设计、功能及用法.