利用GPS測(cè)量監(jiān)測(cè)VLBI天線參考點(diǎn)的仿真分析.pdf

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1、第38卷第l2期武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版Vol_38No．122013年12月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityDec．2013文章編號(hào)：1671-8860(2013)12—1387—05文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A利用GPS測(cè)量監(jiān)測(cè)VLBI天線參考點(diǎn)的仿真分析李金嶺張津維(1中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)，上海市南丹路8O號(hào)，200030)(2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京市玉泉路19號(hào)甲，100049)摘要：根據(jù)VLBI天線旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)化建模以實(shí)現(xiàn)天線監(jiān)測(cè)的理念日益受到重視，有望進(jìn)行

2、全天候、全自動(dòng)監(jiān)測(cè)而不影響望遠(yuǎn)鏡的正常觀測(cè)運(yùn)行時(shí)間。為考察原理可行性，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方案和開(kāi)發(fā)資料處理軟件，本文在觀測(cè)方程構(gòu)建、解算參數(shù)設(shè)置和約束條件選取等方面提出了新的見(jiàn)解，對(duì)利用GPS數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)VLBI天線進(jìn)行了仿真分析。關(guān)鍵詞：VLBI；參考點(diǎn)；軸線偏差；GPS；仿真分析中圖法分類(lèi)號(hào)：P228．42；P228．6長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)VLBI天線不動(dòng)點(diǎn)和軸線偏差精度和高時(shí)效監(jiān)測(cè)。的高精度監(jiān)測(cè)一直是天測(cè)與測(cè)地領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的為考察新理念的可行性，設(shè)計(jì)GPS接收機(jī)在課題之一_】]。至今較為成熟的監(jiān)測(cè)方法為]：VLBI天線上的布設(shè)方案和

3、開(kāi)發(fā)資料解析軟件，①特別限定天線的一維旋轉(zhuǎn)，比如方位俯仰式本文對(duì)利用GPS數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)VIBI天線參考點(diǎn)和(At—E1)座架下，保持方位在一輪測(cè)量中為固定軸線偏差進(jìn)行了仿真分析，并在觀測(cè)方程構(gòu)建、解值，僅改變俯仰，從局部監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)天線上安裝的多算參數(shù)設(shè)置和約束條件選擇等方面提出了新見(jiàn)個(gè)合作目標(biāo)進(jìn)行定位測(cè)量，獲得合作目標(biāo)的圓解。(弧)形軌跡，進(jìn)而由圓心坐標(biāo)確定水平軸在局域網(wǎng)中的位置和定向；②保持俯仰為固定值，僅改1天線旋轉(zhuǎn)模型和解算參數(shù)設(shè)置變方位，以測(cè)定垂直軸在局域網(wǎng)中的位置和定向。上述方法的主要問(wèn)題為效率低下，尤其是占用了

4、如圖1所示，以Az—E1天線座架為例，設(shè)n、e望遠(yuǎn)鏡的有效使用時(shí)間，也受到氣象、天光等條件分別為方位、俯仰軸，并表示在局域監(jiān)控網(wǎng)中的方的嚴(yán)重限制，監(jiān)測(cè)精度和時(shí)效性受到限制。向矢量。依照慣例，方位零點(diǎn)為北向，向東度量為近年來(lái)逐步建立了不再特別限定天線旋轉(zhuǎn)方正；俯仰零點(diǎn)為地平，向天頂為正。n為主軸、與式的全新監(jiān)測(cè)理念_8。，即根據(jù)天線具體的座架地基固連，e為附軸，繞n軸旋轉(zhuǎn)。VLBI天線繞e情況和場(chǎng)地條件，首先建立天線旋轉(zhuǎn)的參數(shù)化數(shù)軸旋轉(zhuǎn)改變俯仰角、隨e軸繞n軸旋轉(zhuǎn)改變方位學(xué)模型，進(jìn)而將天線上某點(diǎn)的坐標(biāo)與局域網(wǎng)聯(lián)系角。設(shè)

5、．廠為n、e軸公垂線的長(zhǎng)度，即軸線偏差，起來(lái)。之后，通過(guò)光學(xué)和GPS等手段觀測(cè)獲得天F、S為公垂線在n、e軸上的垂足。F相對(duì)于局域線上某點(diǎn)在局域網(wǎng)中的坐標(biāo)，以此解算天線轉(zhuǎn)動(dòng)網(wǎng)的位置不隨天線指向的改變而變化，依照慣例模型的參數(shù)，包括參考點(diǎn)坐標(biāo)、軸線偏差、軸的定選擇為天線的參考點(diǎn)。假設(shè)經(jīng)大地測(cè)量方法在天向等，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的監(jiān)測(cè)。這種天線監(jiān)測(cè)理念的線周?chē)⒘吮镜貐⒖技躉-ijk，0為原點(diǎn)，其地優(yōu)越性在于，不影響望遠(yuǎn)鏡的正常觀測(cè)運(yùn)行時(shí)問(wèn)，心坐標(biāo)準(zhǔn)確已知，i、．，、k為右手三元基，分別為而是在天測(cè)與測(cè)地觀測(cè)運(yùn)行之中來(lái)完成對(duì)天線

6、的東、北、上方向。若設(shè)法測(cè)定了天線某初始狀態(tài)時(shí)監(jiān)測(cè)。如此有望實(shí)現(xiàn)全天候、全時(shí)段、全自動(dòng)、高在O-ijk中F的坐標(biāo)、廠的長(zhǎng)度，以及n、e軸的定收稿日期：20131011。項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11I78024，10973030)；探月工程(嫦娥二號(hào))資助項(xiàng)目；上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助項(xiàng)目(06DZ22101)；國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012AA121603)。武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版2013年12月向，則可預(yù)測(cè)VLBI天線相對(duì)于初始狀態(tài)在任意GPS接收機(jī)(接收天線)，通過(guò)與局域網(wǎng)中其他指向時(shí)的相位中心改

7、正。GPS接收機(jī)的聯(lián)合觀測(cè)可以確定其在本地參考GPS架O-ijk中的坐標(biāo)矢量G一[zY]，根據(jù)圖1所示幾何關(guān)系可將天線的旋轉(zhuǎn)模型化為。：G—F+R(A)(S—F)+R(A)R(E)g(1)其中，F(xiàn)一0為參考點(diǎn)在本地參考架中的坐標(biāo)，

8、i}不隨天線指向變化；A、E為天線指向的方位、俯仰角；s一0S為A一0、E一0時(shí)的矢量，S點(diǎn)的坐標(biāo)隨方位角的改變而變化；g為GPS接收機(jī)相對(duì)于VLBI天線固連參考架的坐標(biāo)，不隨天線指向發(fā)生變化。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)天線固連參考架在A圖1VIBI天線參考點(diǎn)GPS監(jiān)測(cè)示意圖一0、E一0時(shí)的坐標(biāo)軸分別

9、與O-ijk的平行，且原Fig．1DiagramofVLBIAntennaReference點(diǎn)位于S點(diǎn)。R(A)、R(E)分別為繞n、軸旋PointMonitoringbyGPSObservations轉(zhuǎn)A、E角度的轉(zhuǎn)換矩陣。右手系中繞矢量—圖1中，GPS所示為固連在VLBI天線上的Eik]旋轉(zhuǎn)0角(沿矢量方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正)的轉(zhuǎn)換矩陣R()為