利用GPS測量監(jiān)測VLBI天線參考點的仿真分析.pdf

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

2、全天候、全自動監(jiān)測而不影響望遠鏡的正常觀測運行時間。為考察原理可行性，設(shè)計監(jiān)測方案和開發(fā)資料處理軟件，本文在觀測方程構(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解，對利用GPS數(shù)據(jù)監(jiān)測VLBI天線進行了仿真分析。關(guān)鍵詞：VLBI；參考點；軸線偏差；GPS；仿真分析中圖法分類號：P228．42；P228．6長期以來，對VLBI天線不動點和軸線偏差精度和高時效監(jiān)測。的高精度監(jiān)測一直是天測與測地領(lǐng)域重點關(guān)注的為考察新理念的可行性，設(shè)計GPS接收機在課題之一_】]。至今較為成熟的監(jiān)測方法為]：VLBI天線上的布設(shè)方案和

3、開發(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利用GPS數(shù)據(jù)監(jiān)測VIBI天線參考點和(At—E1)座架下，保持方位在一輪測量中為固定軸線偏差進行了仿真分析，并在觀測方程構(gòu)建、解值，僅改變俯仰，從局部監(jiān)測網(wǎng)對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個合作目標(biāo)進行定位測量，獲得合作目標(biāo)的圓解。(弧)形軌跡，進而由圓心坐標(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，以測定垂直軸在局域網(wǎng)中的位置和定向。上述方法的主要問題為效率低下，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望遠鏡的有效使用時間，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)測精度和時效性受到限制。向矢量。依照慣例，方位零點為北向，向東度量為近年來逐步建立了不再特別限定天線旋轉(zhuǎn)方正；俯仰零點為地平，向天頂為正。n為主軸、與式的全新監(jiān)測理念_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，進而將天線上某點的坐標(biāo)與局域網(wǎng)聯(lián)系角。設(shè)

5、．廠為n、e軸公垂線的長度，即軸線偏差，起來。之后，通過光學(xué)和GPS等手段觀測獲得天F、S為公垂線在n、e軸上的垂足。F相對于局域線上某點在局域網(wǎng)中的坐標(biāo)，以此解算天線轉(zhuǎn)動網(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)，包括參考點坐標(biāo)、軸線偏差、軸的定選擇為天線的參考點。假設(shè)經(jīng)大地測量方法在天向等，實現(xiàn)對天線的監(jiān)測。這種天線監(jiān)測理念的線周圍建立了本地參考架O-ijk，0為原點，其地優(yōu)越性在于，不影響望遠鏡的正常觀測運行時問，心坐標(biāo)準(zhǔn)確已知，i、．，、k為右手三元基，分別為而是在天測與測地觀測運行之中來完成對天線

6、的東、北、上方向。若設(shè)法測定了天線某初始狀態(tài)時監(jiān)測。如此有望實現(xiàn)全天候、全時段、全自動、高在O-ijk中F的坐標(biāo)、廠的長度，以及n、e軸的定收稿日期：20131011。項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目(11I78024，10973030)；探月工程(嫦娥二號)資助項目；上海市科學(xué)技術(shù)委員會資助項目(06DZ22101)；國家863計劃資助項目(2012AA121603)。武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版2013年12月向，則可預(yù)測VLBI天線相對于初始狀態(tài)在任意GPS接收機(接收天線)，通過與局域網(wǎng)中其他指向時的相位中心改

7、正。GPS接收機的聯(lián)合觀測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時的矢量，S點的坐標(biāo)隨方位角的改變而變化；g為GPS接收機相對于VLBI天線固連參考架的坐標(biāo)，不隨天線指向發(fā)生變化。簡單起見，假設(shè)天線固連參考架在A圖1VIBI天線參考點GPS監(jiān)測示意圖一0、E一0時的坐標(biāo)軸分別

9、與O-ijk的平行，且原Fig．1DiagramofVLBIAntennaReference點位于S點。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(沿矢量方向逆時針旋轉(zhuǎn)為正)的轉(zhuǎn)換矩陣R()為