地球卫星VLBI观测研究进展-上海天文台.pdf

第 卷　第 期 天 文 学 进 展 年 月 地地地球球球卫卫卫星星星 观观观测测测研研研究究究进进进展展展 孙 焱 ，张 波 ，舒逢春 (1. 中国科学院 上海天文台，上海 200030； 2. 中国科学院大学，北京 100049) 摘要： 随着地球卫星在资源、导航定位、授时、跟踪以及数据中继等经济和军事领域的作用不断 增强，传统的测距测速技术已无法满足对卫星定位精度的实际需求。由于 技术具有高精度 角分辨率的特点，人们尝试将其应用于人造地球卫星的观测。针对卫星 观测方面，首先介 绍了卫星 观测技术的基本原理及其与传统河外射电源 观测的差异，然后介绍了中外 学者应用 技术进行地球卫星观测的研究进展及相关成果，最后对以往近地卫星 观测 研究存在的问题进行总结，并讨论了目前以及将来可能的解决方案。 关 键 词：甚长基线干涉测量；地球卫星；差分 中中中图图图分分分类类类号号号：：： 文文文献献献标标标识识识码码码：：： 引 言 人造地球卫星的常规跟踪定位技术基于雷达测距和多普勒测速技术。这两种技术可以直 接测量卫星的径向距离和速度，但是对横向方向位置及速度不敏感。随着地球卫星在资源、 导航定位、授时、跟踪及数据中继等经济和军事领域的作用增强，以及对卫星定位精度要求 越来越高，常规的测距测速技术已经无法满足实际需求。为了解决传统测量技术精度低的问 题，中外学者对卫星测量新技术进行一系列理论和实验研究。 甚长基线干涉测量 (very long baseline interferometry, VLBI) 技术自20 世纪60 年代诞 生以来，被广泛应用于天文、测地及航天等多个研究领域。在天文和测地领域，VLBI 技术 是目前世界上精度最高的一种空间测量技术。在航天领域，VLBI 技术应用最早可以追溯到 20 世纪70 年代，主要被用于各种人造天体的追踪定位 ，如旅行者系列飞船 、伽利略飞 船、海盗号飞船 、火星全球勘探者和火星奥德赛(Mars Odyssey) 探测器等的导航。与传 统测量技术相比，VLBI 技术具有高精度、高分辨率和多用途的特点；只需要接受下行信号， 不需要关注上行信号，观测很短时间便可得到高信噪比的观测量；利用两条基线同时观测， 收稿日期：2018-03-26 ； 修回日期：2018-05-07 资助项目：国家自然科学基金；中国科学院百人计划项目 通讯作者：孙焱，suny@shao.ac.cn 天天天 文文文 学学学 进进进 展展展 卷卷卷 通过观测时延和时延率就可以解算卫星的位置及速度。同时VLBI 技术对于垂直于视线方向 的位置变化有很高的敏感度，解决了传统测量技术精度低的问题。正是由于VLBI 技术有着 这些常规测量技术无法替代的技术优势，因此，它在人造卫星观测定位方面具有非常广泛的 应用前景。 本文第2 章主要介绍卫星VLBI 观测基本原理，以及卫星VLBI 观测与常规VLBI 观测 的差异；第3 章主要介绍目前卫星VLBI 观测研究进展。最后总结了目前卫星VLBI 观测研 究存在的问题，并对将来的研究内容提出一些设想。 卫星 观测介绍 观测基本原理 VLBI 的基本观测量是时延，一般时延可以描述为： = g + err (1) 其中， 为VLBI 观测时延，g 为仅由射电源与台站位置差异引起的射电源信号到达两台站 的时间差，即几何时延，err 为包括电离层、中