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VLBI技术的发展与展望

张彦芬;苏利娜;王力

【摘要】至今,VLBI技术经过迅猛发展,先后经历了以下三个发展阶段:传统VLBI、实时和准实时VLBI以及空间VLBI.本文分别介绍这三种VLBI技术的定义及其特点,通过对比分析其优缺点,展望VLBI技术的未来发展.

【期刊名称】《北京测绘》

【年(卷),期】2010(000)004

【总页数】3页(P23-25)

【关键词】传统VLBI;实时VLBI;空间VLBI

【作者】张彦芬;苏利娜;王力

【作者单位】武汉大学卫星导航定位技术研究中心;武汉大学测绘学院,湖北,武汉,430079;武汉大学卫星导航定位技术研究中心

【正文语种】中文

【中图分类】P164

VLBI最初用于天体物理、天体测量和空间大地测量,由于它独具的超高空间分辨率和定位精度,并能进行全天候、全天时被动观测的优点,VLBI出现不久,就被广泛用于航天测控、精密时间比对等新的学科领域。从60年代末起,美国、苏联、欧洲、日本等国家都逐步建立了至今仍在使用和不断完善的航天VLBI测控网,并已成功进行了深空观测、地球同步卫星和大椭率地球卫星轨道的精密测量,取得了极好的效果。目前VLBI已成为上述国家的一种常规的、不可替代的航天器精密轨道测量方法,在人造地球卫星,月球探测器,太阳系行星际探测器的高精度观测中得到广泛的应用。

至今，VLBI技术经过迅猛发展，先后经历了以下三个技术的发展：传统VLBI、实时和准实时VLBI以及空间VLBI.下面对这三种VLBI技术的定义及其特点进行介绍，并对比其优缺点。

1.1传统VLBI技术

VLBI甚长基线干涉测量(VeryLongBaselineInterferometer）是60年代后期发展起来的射电干涉技术。VLBI通过设在数百乃至上万公里长度的基线两端的射电望远镜同时接收同一射电源信号,经相关处理机预处理和后续处理后,能获得10-9基线长度的相对精度和亚毫角秒级的超高空间分辨率。即以毫米的精度测量上千公里或更长的基线长度,或相当于在地球上能分辨月球上篮球大小的面积,空间分辨率为哈勃空间望远镜的400倍[1]。

传统VLBI技术具有独立本振、磁带记录和事后处理等特点。VLBI观测站配备高频率稳定度的氢钟作为本振频率源,射电望远镜观测到的无线电信号经过变频、格式变换、采样后产生的宽带海量观测数据,先记录在特殊的大容量高密度磁带上(Mark4格式每盘带超过4000Gbit）,再传递到VLBI相关处理机做相关处理。因此实时性较差,处理结果至少需数日(通常为数周或更长时间）才能得到。但值得注意的事，在使用该技术时：由于受地球大小的限制，VLBI的基线最长只能在10000公里左右；VLBI站几乎都分布在北半球，缺少南北方向的长基线，造成低纬度地区和南北方向区域的成图资料较差；由两个地面VLBI组成基线进行的测量，从地球动力学的角度看是几何测量，只能测定两站的相对位置，而不能独立地测定地心坐标。

1.2实时VLBI技术

随着通信技术的发展,现已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。实时VLBI包括准实时和真实时VLBI两个技术层次。前者基于中低速通讯网,需要中间存储转发设备;后者采用高速通信技术,无需中间缓存,边观测、边传输、边处理。

实时VLBI技术通过通信信道实时传输观测和监控信号,无需磁带记录。它具有如下优点：1）有望实现无人值守的全自动观测和数据处理,提高观测可靠性。2）节省昂贵、笨重的磁带记录设备,降低磁带运输管理费用和损耗风险。3）运用现代通信技术突破现有磁带技术的带宽瓶颈,通过扩展带宽提高观测灵敏度。4）通过实时检测干涉条纹,可以实现各个VLBI站氢钟之间的高精度时间同步,并保障整个系统的正常运行和观测的成功率。5）现在同时存在有Mark3、Mark4、VLBA、S2、K4、GBR等多种磁带记录格式,多种记录系统的格式兼容有较大的困难;实时VLBI没有磁带记录,而采用全数字系统,当然也就没有了复杂的格式转换障碍,便于采用通用格式。

1.3空间VLBI技术

空间VLBI是将地面VLBI技术与卫星技术相结合的新一代VLBI技术。它由SVLBI站、地面VLBI站、地面跟踪站和相关处理中心组成。SVLBI站上安置了天线和馈源系统、接收机和数据采集系统、姿态和轨道控制系统、参考相位和数据传输系统、能源系统以及装配在空间站上的数据处理系统。地面跟踪站的作用是通过两路无线电通道与SVLBI站进行不间断的联系；其上通道用于向空间站发射工作指令和稳定的参考相位，下通道用于接收和记录来自空间站的VLBI观测数据；系统管理遥测数据和由空间返回的参考相位数据；这些数据将被送到VLBI数据处理中心与地面VLBI的观测资料一道进行相关处理。地面V