國(guó)家授時(shí)中心VGOS觀測(cè)綱要：技術(shù)、實(shí)踐與展望一、緒論1.1研究背景與意義甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VeryLongBaselineInterferometry，VLBI）技術(shù)自20世紀(jì)60年代后期誕生以來(lái)，憑借其在測(cè)量精確度上達(dá)到的亞毫角秒量級(jí)，成為當(dāng)前角分辨率最高的天文觀測(cè)技術(shù)，在天體物理、天體測(cè)量與大地測(cè)量（測(cè)地）、深空探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和地球科學(xué)研究需求的不斷提升，傳統(tǒng)的測(cè)地VLBI系統(tǒng)逐漸難以滿足新的要求。在此背景下，2006年“國(guó)際天體測(cè)量/大地測(cè)量VLBI服務(wù)”（InternationalVLBIServiceforastrometryandgeodesy，IVS）提出建設(shè)新一代專用測(cè)地VLBI系統(tǒng)的建議，即“VLBI2010系統(tǒng)”，后更名為“VLBI全球觀測(cè)系統(tǒng)”（VLBIGlobalObservingSystem，VGOS）。VGOS系統(tǒng)致力于將測(cè)量精度提升5-10倍，其主要科學(xué)目標(biāo)包括：在全球尺度上，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)觀測(cè)的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量精度達(dá)到1毫米；不間斷地連續(xù)測(cè)量測(cè)站坐標(biāo)和地球定向參數(shù)；在觀測(cè)后24小時(shí)內(nèi)即可獲得初步的大地測(cè)量結(jié)果。為達(dá)成這些目標(biāo)，VGOS系統(tǒng)在技術(shù)上有著嚴(yán)格要求，例如采用可快速轉(zhuǎn)動(dòng)、高剛性形變小、口徑12米級(jí)的拋物面天線，接收頻率覆蓋2-14GHz連續(xù)帶寬（涵蓋S、C、X及Ku等4個(gè)頻段），每頻段雙極化觀測(cè)且具備高數(shù)據(jù)記錄速率和傳輸速率等。在大地測(cè)量領(lǐng)域，精確的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于研究地球的板塊運(yùn)動(dòng)、地殼形變以及地球重力場(chǎng)等至關(guān)重要。傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)在精度和連續(xù)性上存在一定局限，而VGOS系統(tǒng)憑借其高精度的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量能力和對(duì)地球定向參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)功能，能夠?yàn)榇蟮販y(cè)量提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)對(duì)臺(tái)站坐標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間的高精度監(jiān)測(cè)，科學(xué)家可以更準(zhǔn)確地分析地球板塊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，提前預(yù)測(cè)地震等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供有力的科學(xué)依據(jù)。在研究喜馬拉雅山脈的地殼運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用VGOS系統(tǒng)精確測(cè)量該地區(qū)測(cè)站坐標(biāo)的微小變化，有助于深入了解印度板塊與歐亞板塊的碰撞過(guò)程，以及對(duì)周邊地區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響。在天體測(cè)量領(lǐng)域，VGOS系統(tǒng)也具有不可替代的重要性。天體測(cè)量的核心任務(wù)是精確測(cè)定天體的位置和運(yùn)動(dòng)，這對(duì)于研究天體的演化、星系的形成和宇宙的結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵意義。VGOS系統(tǒng)能夠提供高精度的天球參考架，基于河外射電源的天球參考架因具有更高的穩(wěn)定性，更接近于理想慣性系，為天文學(xué)家研究天體的精確位置和運(yùn)動(dòng)提供了更為可靠的基準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)類星體等天體的高精度觀測(cè)，天文學(xué)家可以更精確地測(cè)量天體的自行、視差等參數(shù)，深入研究天體的物理性質(zhì)和演化歷程，為解開(kāi)宇宙的奧秘提供重要線索。國(guó)家授時(shí)中心作為我國(guó)唯一專門(mén)、全面從事時(shí)間頻率基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的科研機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（北京時(shí)間）的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)，在我國(guó)時(shí)間頻率和空間大地測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)著核心地位。開(kāi)展VGOS觀測(cè)綱要研究，對(duì)于國(guó)家授時(shí)中心進(jìn)一步提升自身在時(shí)間頻率和空間大地測(cè)量領(lǐng)域的技術(shù)水平和服務(wù)能力，具有多方面的重要意義。從時(shí)間頻率角度來(lái)看，精確的時(shí)間頻率基準(zhǔn)是眾多領(lǐng)域的基石。通信系統(tǒng)需要精確的時(shí)間同步來(lái)保證信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸，電力系統(tǒng)依賴高精度時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，金融交易更是對(duì)時(shí)間的準(zhǔn)確性和一致性有著嚴(yán)格要求。國(guó)家授時(shí)中心通過(guò)開(kāi)展VGOS觀測(cè)綱要研究，能夠利用VGOS系統(tǒng)的高精度觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)的時(shí)間頻率基準(zhǔn)，提高時(shí)間傳遞和同步的精度，確保我國(guó)在各個(gè)領(lǐng)域的時(shí)間頻率需求得到更可靠的滿足。在5G通信網(wǎng)絡(luò)中，精確的時(shí)間同步是實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲通信的關(guān)鍵，國(guó)家授時(shí)中心基于VGOS觀測(cè)綱要研究成果，為5G網(wǎng)絡(luò)提供更精準(zhǔn)的時(shí)間頻率服務(wù)，助力我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展。在空間大地測(cè)量方面，國(guó)家授時(shí)中心開(kāi)展VGOS觀測(cè)綱要研究，有助于我國(guó)在該領(lǐng)域掌握核心技術(shù)，提升自主創(chuàng)新能力。隨著我國(guó)航天事業(yè)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)等的快速發(fā)展，對(duì)空間大地測(cè)量的精度和可靠性提出了更高要求。通過(guò)深入研究VGOS觀測(cè)綱要，國(guó)家授時(shí)中心可以建立起符合我國(guó)需求的VGOS觀測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球定向參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的自主精確測(cè)量，擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，為我國(guó)航天、衛(wèi)星導(dǎo)航等重要領(lǐng)域的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。在我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，精確的地球定向參數(shù)對(duì)于衛(wèi)星的軌道確定和導(dǎo)航精度的提升至關(guān)重要，國(guó)家授時(shí)中心利用VGOS觀測(cè)綱要研究成果，為北斗系統(tǒng)提供高精度的地球定向參數(shù)，保障了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高精度服務(wù)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀自2006年IVS提出建設(shè)VGOS系統(tǒng)的建議以來(lái)，國(guó)外多個(gè)國(guó)家和地區(qū)積極投入到相關(guān)研究與建設(shè)中，在技術(shù)研發(fā)、臺(tái)站建設(shè)以及數(shù)據(jù)處理等方面取得了顯著進(jìn)展。在技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家處于領(lǐng)先地位。美國(guó)的相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)在天線設(shè)計(jì)與制造技術(shù)上取得了重大突破，其研制的12米級(jí)拋物面天線采用了先進(jìn)的復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)動(dòng)（方位速度達(dá)到15°/s，遠(yuǎn)超VGOS系統(tǒng)要求的12°/s），而且具備高剛性和極小的形變，有效降低了因天線結(jié)構(gòu)變形對(duì)觀測(cè)精度的影響。在信號(hào)接收與處理方面，美國(guó)開(kāi)發(fā)的超寬帶接收機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)2-14GHz連續(xù)帶寬信號(hào)的高效接收，并且在信號(hào)處理算法上不斷優(yōu)化，提高了數(shù)據(jù)處理的速度和精度。歐洲在VGOS技術(shù)研發(fā)方面也成果斐然，德國(guó)的科研機(jī)構(gòu)在數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)技術(shù)上表現(xiàn)出色，研發(fā)出了高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸速率達(dá)到10Gbps以上，滿足了VGOS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)囊?；同時(shí)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，采用了新型的分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和可靠性。臺(tái)站建設(shè)方面，國(guó)外已建成多個(gè)VGOS站并投入使用。美國(guó)在本土及海外屬地建立了多個(gè)VGOS站，如位于夏威夷的Kokee站，該站自建成以來(lái)，參與了眾多國(guó)際聯(lián)合觀測(cè)任務(wù)，為地球定向參數(shù)的精確測(cè)量和天球參考架的建立提供了大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。歐洲也形成了較為完善的VGOS站網(wǎng)，德國(guó)的Wettzell站、意大利的Noto站等多個(gè)臺(tái)站協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)歐洲區(qū)域的高精度觀測(cè)覆蓋。這些臺(tái)站通過(guò)國(guó)際合作，與全球其他地區(qū)的VGOS站共同組成觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)展全球尺度的觀測(cè)研究。數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用研究同樣成果豐碩。國(guó)際上已經(jīng)建立了多個(gè)成熟的VGOS數(shù)據(jù)處理中心，如美國(guó)的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）數(shù)據(jù)處理中心、歐洲的歐洲甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量聯(lián)合研究所（EVN）數(shù)據(jù)處理中心等。這些數(shù)據(jù)處理中心擁有先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理軟件和強(qiáng)大的計(jì)算資源，能夠?qū)Ａ康腣GOS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的處理。在應(yīng)用方面，VGOS數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于地球科學(xué)研究、衛(wèi)星導(dǎo)航和深空探測(cè)等領(lǐng)域。在地球科學(xué)研究中，利用VGOS數(shù)據(jù)對(duì)地球板塊運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)精度達(dá)到了毫米級(jí)，為研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)提供了重要依據(jù)；在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，VGOS觀測(cè)結(jié)果用于校正衛(wèi)星軌道，提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度；在深空探測(cè)中，VGOS技術(shù)為探測(cè)器的精確軌道確定和導(dǎo)航提供了關(guān)鍵支持，例如在火星探測(cè)任務(wù)中，通過(guò)VGOS對(duì)探測(cè)器進(jìn)行高精度的跟蹤觀測(cè)，確保了探測(cè)器準(zhǔn)確進(jìn)入火星軌道并成功著陸。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)VGOS系統(tǒng)的研究起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速，在多個(gè)方面取得了重要成果。上海天文臺(tái)在VGOS技術(shù)研究和臺(tái)站建設(shè)方面成績(jī)顯著，組建了空間基準(zhǔn)建制化團(tuán)隊(duì)，已建設(shè)完成共計(jì)6個(gè)13米口徑VGOS望遠(yuǎn)鏡的自主觀測(cè)網(wǎng)，涵蓋上海和新疆烏魯木齊等地。這些望遠(yuǎn)鏡采用了自主研發(fā)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和超寬帶信號(hào)接收系統(tǒng)，在技術(shù)指標(biāo)上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。在數(shù)據(jù)處理方面，上海天文臺(tái)自主研發(fā)的CVN測(cè)地軟件相關(guān)處理機(jī)經(jīng)過(guò)升級(jí)，已能夠處理VGOS數(shù)據(jù)，并成功完成了多次國(guó)際VGOS觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)處理任務(wù)。2021年，上海天文臺(tái)創(chuàng)新性解決了高通量數(shù)據(jù)國(guó)際傳輸與高速解碼等技術(shù)難題，利用四頻段雙線極化相關(guān)處理技術(shù)生成了一級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，利用超寬帶時(shí)延擬合技術(shù)生成了二級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，首次在IVS數(shù)據(jù)中心公開(kāi)發(fā)布VGOS一級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，標(biāo)志著我國(guó)已具備符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的VGOS相關(guān)處理產(chǎn)品服務(wù)的能力。國(guó)家授時(shí)中心在時(shí)間頻率領(lǐng)域具有深厚的研究基礎(chǔ)，在VGOS觀測(cè)綱要研究方面也開(kāi)展了一系列工作。在時(shí)間同步技術(shù)研究中，國(guó)家授時(shí)中心基于其在守時(shí)原子鐘、高精度時(shí)間傳遞等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，致力于為VGOS觀測(cè)提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，研究利用衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞、光纖時(shí)間頻率傳遞等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與VGOS臺(tái)站的高精度時(shí)間同步，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間精度。在觀測(cè)數(shù)據(jù)處理算法研究中，針對(duì)VGOS數(shù)據(jù)量大、精度要求高的特點(diǎn)，國(guó)家授時(shí)中心開(kāi)展了相關(guān)算法的研究，如基于最小二乘原理和卡爾曼濾波算法的數(shù)據(jù)處理方法，以提高對(duì)測(cè)站坐標(biāo)和地球定向參數(shù)的解算精度。然而，與國(guó)外先進(jìn)水平相比，國(guó)家授時(shí)中心在VGOS觀測(cè)方面仍存在一些不足之處。在硬件設(shè)施方面，雖然我國(guó)已經(jīng)建設(shè)了部分VGOS站，但整體站網(wǎng)布局不夠完善，在全球范圍內(nèi)的覆蓋程度較低，影響了觀測(cè)數(shù)據(jù)的全球代表性和完整性。在數(shù)據(jù)處理能力上，雖然已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但與國(guó)際上成熟的數(shù)據(jù)處理中心相比，在處理速度和精度上仍有提升空間，尤其是在應(yīng)對(duì)大規(guī)模、高復(fù)雜度的觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算資源和算法效率方面的短板較為明顯。在國(guó)際合作方面，參與國(guó)際聯(lián)合觀測(cè)任務(wù)的深度和廣度有待加強(qiáng)，在國(guó)際VGOS數(shù)據(jù)處理和分析的核心團(tuán)隊(duì)中，我國(guó)的話語(yǔ)權(quán)和影響力還相對(duì)較弱，不利于及時(shí)獲取國(guó)際最新研究成果和技術(shù)動(dòng)態(tài)。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)本文綜合運(yùn)用了多種研究方法，以確保對(duì)國(guó)家授時(shí)中心VGOS觀測(cè)綱要的研究全面、深入且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在研究過(guò)程中，本文采用了文獻(xiàn)研究法。通過(guò)廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于VGOS系統(tǒng)的學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、技術(shù)文檔以及國(guó)際組織發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，全面了解VGOS系統(tǒng)的發(fā)展歷程、技術(shù)原理、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)IVS發(fā)布的關(guān)于VGOS系統(tǒng)建設(shè)和觀測(cè)的相關(guān)文件進(jìn)行深入分析，掌握國(guó)際上對(duì)VGOS系統(tǒng)的技術(shù)要求、觀測(cè)規(guī)范和數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)；梳理近年來(lái)發(fā)表的關(guān)于VGOS技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用拓展的學(xué)術(shù)論文，總結(jié)最新的研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，為本文的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。同時(shí)，案例分析法也在本文中得到了充分應(yīng)用。以國(guó)內(nèi)外已建成并運(yùn)行的VGOS站為具體案例，深入研究其技術(shù)特點(diǎn)、觀測(cè)模式、數(shù)據(jù)處理流程以及實(shí)際應(yīng)用效果。對(duì)美國(guó)Kokee站的天線性能、信號(hào)接收與處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，了解其在實(shí)現(xiàn)高精度觀測(cè)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；通過(guò)分析德國(guó)Wettzell站的數(shù)據(jù)處理流程和應(yīng)用成果，探討如何優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法以提高測(cè)站坐標(biāo)和地球定向參數(shù)的解算精度；研究上海天文臺(tái)已建成的VGOS望遠(yuǎn)鏡的自主觀測(cè)網(wǎng)，分析其在國(guó)內(nèi)應(yīng)用中的技術(shù)創(chuàng)新和面臨的挑戰(zhàn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為國(guó)家授時(shí)中心VGOS觀測(cè)綱要的制定提供實(shí)際案例支持。此外，本文還運(yùn)用了數(shù)據(jù)模擬和對(duì)比分析法。借助專業(yè)的軟件工具，對(duì)不同觀測(cè)條件下的VGOS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬生成，通過(guò)調(diào)整觀測(cè)參數(shù)、噪聲水平等因素，分析數(shù)據(jù)質(zhì)量和測(cè)量精度的變化規(guī)律。在模擬過(guò)程中，設(shè)置不同的大氣延遲模型、天線指向誤差等條件，觀察這些因素對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，從而為實(shí)際觀測(cè)提供理論指導(dǎo)。將模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)進(jìn)一步挖掘?qū)嶋H觀測(cè)數(shù)據(jù)中存在的問(wèn)題和潛在的改進(jìn)空間，優(yōu)化觀測(cè)方案和數(shù)據(jù)處理算法。本文可能的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。在觀測(cè)方案優(yōu)化方面，充分考慮國(guó)家授時(shí)中心的地理位置、時(shí)間頻率優(yōu)勢(shì)以及我國(guó)的實(shí)際觀測(cè)需求，提出了一套具有針對(duì)性的VGOS觀測(cè)方案。結(jié)合國(guó)家授時(shí)中心在時(shí)間同步技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了基于高精度時(shí)間基準(zhǔn)的觀測(cè)計(jì)劃，以提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間精度；針對(duì)我國(guó)的區(qū)域觀測(cè)重點(diǎn)，如青藏高原的地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、南海海域的大地測(cè)量等，優(yōu)化觀測(cè)目標(biāo)和觀測(cè)時(shí)段，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)我國(guó)關(guān)鍵區(qū)域研究的支持力度。在數(shù)據(jù)處理算法改進(jìn)上，本文針對(duì)VGOS數(shù)據(jù)量大、精度要求高的特點(diǎn)，提出了一種融合多種先進(jìn)算法的數(shù)據(jù)處理方法。將機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型引入到測(cè)站坐標(biāo)解算中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性擬合能力，提高坐標(biāo)解算的精度和穩(wěn)定性；結(jié)合卡爾曼濾波算法對(duì)地球定向參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)和預(yù)測(cè)，能夠更準(zhǔn)確地反映地球定向參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，為相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供更及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在國(guó)際合作模式探索方面，本文提出了一種基于“一帶一路”倡議的國(guó)際合作模式，旨在加強(qiáng)國(guó)家授時(shí)中心與沿線國(guó)家在VGOS觀測(cè)領(lǐng)域的合作。通過(guò)建立聯(lián)合觀測(cè)站、共享觀測(cè)數(shù)據(jù)和技術(shù)成果，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)的空間大地測(cè)量研究和應(yīng)用發(fā)展。與中亞國(guó)家合作建設(shè)VGOS聯(lián)合觀測(cè)站，共同開(kāi)展對(duì)該地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)和地球重力場(chǎng)的研究；通過(guò)共享觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的最大化利用，提升我國(guó)在國(guó)際VGOS觀測(cè)領(lǐng)域的影響力和話語(yǔ)權(quán)，為全球空間大地測(cè)量研究做出更大貢獻(xiàn)。二、VGOS系統(tǒng)與觀測(cè)綱要基礎(chǔ)2.1VGOS系統(tǒng)概述2.1.1VGOS系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)VGOS系統(tǒng)主要由天線、接收機(jī)、記錄終端以及時(shí)間頻率系統(tǒng)等硬件部分組成，各部分協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)高精度的甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量。天線是VGOS系統(tǒng)接收天體射電信號(hào)的關(guān)鍵設(shè)備，通常采用12米級(jí)的拋物面天線。這種天線具備快速轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，方位速度要求達(dá)到12°/s以上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同天區(qū)目標(biāo)的快速跟蹤觀測(cè)。在實(shí)際觀測(cè)中，當(dāng)天體目標(biāo)的位置發(fā)生變化時(shí)，天線能夠迅速調(diào)整指向，確保持續(xù)穩(wěn)定地接收信號(hào)。天線還具有高剛性和極小的形變特性，在不同的環(huán)境條件下，如風(fēng)力、溫度變化等，天線的結(jié)構(gòu)變形被嚴(yán)格控制在極小范圍內(nèi)，以保證信號(hào)接收的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。接收機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)天線接收到的射電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和下變頻等處理，將其轉(zhuǎn)換為便于后續(xù)處理的中頻信號(hào)。VGOS系統(tǒng)的接收機(jī)具有超寬帶接收能力，能夠覆蓋2-14GHz的連續(xù)帶寬，涵蓋了S、C、X及Ku等4個(gè)頻段。這種超寬帶接收特性使得系統(tǒng)能夠同時(shí)獲取多個(gè)頻段的信號(hào)，提供更豐富的觀測(cè)信息，有助于提高測(cè)量精度和對(duì)天體物理過(guò)程的理解。接收機(jī)還具備高靈敏度和低噪聲的特點(diǎn)，能夠有效地檢測(cè)和處理微弱的射電信號(hào)，減少噪聲對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的干擾。記錄終端用于記錄經(jīng)過(guò)接收機(jī)處理后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，要求具備高數(shù)據(jù)記錄速率和傳輸速率。隨著觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)記錄速率不斷提高，以滿足VGOS系統(tǒng)對(duì)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的快速記錄需求。數(shù)據(jù)傳輸速率也至關(guān)重要，需要能夠?qū)⒂涗浀臄?shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進(jìn)行后續(xù)處理。一些先進(jìn)的記錄終端采用了高速硬盤(pán)陣列和光纖傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速記錄和高效傳輸。時(shí)間頻率系統(tǒng)是VGOS系統(tǒng)的重要組成部分，為整個(gè)觀測(cè)過(guò)程提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)。由于甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量對(duì)時(shí)間同步要求極高，時(shí)間頻率系統(tǒng)通常采用高穩(wěn)定度的原子鐘，如氫鐘、銫鐘等，以確保不同觀測(cè)站點(diǎn)之間的時(shí)間同步精度達(dá)到皮秒量級(jí)。高精度的時(shí)間同步是實(shí)現(xiàn)干涉測(cè)量中信號(hào)相位準(zhǔn)確比對(duì)的關(guān)鍵，對(duì)于提高測(cè)量精度起著決定性作用。與傳統(tǒng)VLBI系統(tǒng)相比，VGOS系統(tǒng)具有顯著的特點(diǎn)。在觀測(cè)精度方面，VGOS系統(tǒng)通過(guò)采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，如上述提到的快速轉(zhuǎn)動(dòng)天線、超寬帶接收機(jī)等，致力于將測(cè)量精度提升5-10倍，測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量精度在全球尺度上實(shí)現(xiàn)24小時(shí)觀測(cè)達(dá)到1毫米，這是傳統(tǒng)VLBI系統(tǒng)難以企及的。在觀測(cè)效率上，VGOS系統(tǒng)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)天線和高數(shù)據(jù)記錄速率、傳輸速率等特性，使得觀測(cè)過(guò)程更加高效，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)獲取更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為科學(xué)研究提供更豐富的數(shù)據(jù)資源。在觀測(cè)頻段上，VGOS系統(tǒng)的超寬帶接收能力使其能夠同時(shí)觀測(cè)多個(gè)頻段，拓展了觀測(cè)的頻率范圍，相比傳統(tǒng)VLBI系統(tǒng)單一或有限頻段的觀測(cè)，能夠獲取更全面的天體信息。2.1.2VGOS系統(tǒng)的工作原理VGOS系統(tǒng)基于甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量原理實(shí)現(xiàn)高精度的觀測(cè)和定位。其基本原理是利用多個(gè)分布在不同地理位置的射電望遠(yuǎn)鏡（觀測(cè)站），同時(shí)對(duì)同一個(gè)河外射電源進(jìn)行觀測(cè)。這些射電望遠(yuǎn)鏡之間的基線長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千公里，形成了一個(gè)巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，從而獲得極高的角分辨率。在觀測(cè)過(guò)程中，每個(gè)觀測(cè)站的天線接收來(lái)自射電源的射電信號(hào)。由于射電源距離地球非常遙遠(yuǎn)，信號(hào)到達(dá)不同觀測(cè)站的路徑存在微小差異，導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)時(shí)間和相位不同。接收機(jī)將接收到的射電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和下變頻處理后，記錄終端記錄下這些信號(hào)的時(shí)間標(biāo)記和信號(hào)特征等數(shù)據(jù)。通過(guò)高精度的時(shí)間頻率系統(tǒng)，確保各個(gè)觀測(cè)站的觀測(cè)時(shí)間精確同步。利用干涉原理，將不同觀測(cè)站記錄的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。在相關(guān)處理過(guò)程中，通過(guò)比對(duì)不同觀測(cè)站信號(hào)的相位差和時(shí)間延遲，計(jì)算出信號(hào)到達(dá)各觀測(cè)站的時(shí)間差（時(shí)延）以及時(shí)延率。這些時(shí)延和時(shí)延率數(shù)據(jù)包含了觀測(cè)站之間的基線向量以及射電望遠(yuǎn)鏡到射電源方向的信息。根據(jù)這些觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合已知的射電源坐標(biāo)和地球模型等信息，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型和算法進(jìn)行解算，就可以精確測(cè)定觀測(cè)站的坐標(biāo)、地球定向參數(shù)以及射電源的位置等。在解算過(guò)程中，需要考慮多種因素對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，如大氣延遲、地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)等，并進(jìn)行相應(yīng)的改正，以提高測(cè)量精度。在實(shí)際觀測(cè)中，通過(guò)對(duì)多個(gè)不同方位的射電源進(jìn)行觀測(cè)，可以獲取更全面的信息，進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)長(zhǎng)期持續(xù)的觀測(cè)，積累大量的數(shù)據(jù)，能夠?qū)Φ厍虻陌鍓K運(yùn)動(dòng)、地殼形變以及地球定向參數(shù)的變化等進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)和研究。2.2觀測(cè)綱要的重要性與作用觀測(cè)綱要在VGOS觀測(cè)中占據(jù)著核心地位，它猶如一場(chǎng)精密交響樂(lè)的總譜，對(duì)觀測(cè)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了細(xì)致規(guī)劃和全面指導(dǎo)，直接關(guān)系到觀測(cè)的效率、數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及最終科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。從觀測(cè)效率角度來(lái)看，合理的觀測(cè)綱要能夠極大地提高觀測(cè)的組織性和計(jì)劃性。在觀測(cè)目標(biāo)的選擇上，觀測(cè)綱要依據(jù)科學(xué)研究的需求和重點(diǎn)，確定了優(yōu)先觀測(cè)的天體和區(qū)域。如果當(dāng)前研究重點(diǎn)是地球板塊運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)綱要會(huì)選取位于板塊邊界附近的測(cè)站，并將處于這些區(qū)域上空的河外射電源作為主要觀測(cè)目標(biāo)，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠直接服務(wù)于板塊運(yùn)動(dòng)的研究，避免了盲目觀測(cè)造成的時(shí)間和資源浪費(fèi)。觀測(cè)綱要還會(huì)根據(jù)天體的位置、可見(jiàn)時(shí)間以及臺(tái)站的地理位置等因素，精心安排觀測(cè)時(shí)間和順序。在夜晚，優(yōu)先觀測(cè)那些即將落下地平線的天體，充分利用有限的觀測(cè)時(shí)間；對(duì)于不同臺(tái)站，根據(jù)其所在時(shí)區(qū)和天氣情況，合理分配觀測(cè)任務(wù)，使各個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)時(shí)間得到充分利用，提高了整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面，觀測(cè)綱要對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性起著關(guān)鍵的保障作用。在觀測(cè)參數(shù)設(shè)置上，觀測(cè)綱要明確規(guī)定了接收機(jī)的帶寬、采樣率、積分時(shí)間等參數(shù)。合適的帶寬設(shè)置能夠確保接收到足夠豐富的信號(hào)信息，避免因帶寬過(guò)窄而丟失重要信號(hào)；合理的采樣率則保證了對(duì)信號(hào)的精確采樣，防止采樣不足導(dǎo)致信號(hào)失真；恰當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間可以有效提高信號(hào)的信噪比，減少噪聲對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的干擾，從而提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。觀測(cè)綱要還對(duì)觀測(cè)過(guò)程中的各種誤差源進(jìn)行了充分考慮，并制定了相應(yīng)的改正措施。針對(duì)大氣延遲對(duì)信號(hào)傳播的影響，觀測(cè)綱要會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，采用合適的大氣延遲模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正；對(duì)于天線指向誤差，通過(guò)定期校準(zhǔn)和精確的指向模型，確保天線能夠準(zhǔn)確指向觀測(cè)目標(biāo)，減少指向誤差對(duì)數(shù)據(jù)的影響，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)的角度出發(fā)，觀測(cè)綱要為VGOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量、地球定向參數(shù)監(jiān)測(cè)以及天球參考架建立等科學(xué)目標(biāo)提供了明確的路徑。在測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量中，觀測(cè)綱要通過(guò)設(shè)計(jì)合理的觀測(cè)方案，如選擇合適的基線組合和觀測(cè)時(shí)段，確保能夠獲取足夠多的獨(dú)立觀測(cè)量，從而提高測(cè)站坐標(biāo)解算的精度。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、多基線的觀測(cè)，能夠有效削弱各種誤差的影響，實(shí)現(xiàn)全球尺度上測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量精度達(dá)到1毫米的目標(biāo)。對(duì)于地球定向參數(shù)監(jiān)測(cè)，觀測(cè)綱要規(guī)定了對(duì)不同天區(qū)射電源的觀測(cè)策略，通過(guò)對(duì)這些射電源的持續(xù)觀測(cè)，獲取高精度的時(shí)延和時(shí)延率數(shù)據(jù)，進(jìn)而精確解算地球定向參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球自轉(zhuǎn)和極移等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在天球參考架建立方面，觀測(cè)綱要指導(dǎo)對(duì)大量河外射電源的觀測(cè)，通過(guò)精確測(cè)定這些射電源的位置和自行，構(gòu)建穩(wěn)定、高精度的天球參考架，為天體測(cè)量和其他相關(guān)領(lǐng)域的研究提供可靠的基準(zhǔn)。2.3相關(guān)理論基礎(chǔ)2.3.1時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)是VGOS觀測(cè)中不可或缺的基礎(chǔ)，其精確性直接影響著觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和后續(xù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。在VGOS觀測(cè)中，常用的時(shí)間系統(tǒng)包括世界時(shí)（UniversalTime，UT）、原子時(shí)（AtomicTime，AT）和協(xié)調(diào)世界時(shí)（CoordinatedUniversalTime，UTC）。世界時(shí)是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)建立的時(shí)間系統(tǒng)，它反映了地球在空間中的真實(shí)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。世界時(shí)的基本單位是平太陽(yáng)日，通過(guò)天文觀測(cè)確定太陽(yáng)在天球上的位置來(lái)計(jì)算時(shí)間。由于地球自轉(zhuǎn)存在不均勻性，受到地球內(nèi)部物質(zhì)分布變化、潮汐摩擦以及大氣和海洋運(yùn)動(dòng)等多種因素的影響，地球自轉(zhuǎn)速度會(huì)發(fā)生微小波動(dòng)，導(dǎo)致世界時(shí)的時(shí)間尺度不夠穩(wěn)定。在長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)中，世界時(shí)的這種不穩(wěn)定性會(huì)逐漸積累，對(duì)高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生不可忽視的影響。在對(duì)地球定向參數(shù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中，如果僅使用世界時(shí)作為時(shí)間基準(zhǔn)，地球自轉(zhuǎn)速度的變化會(huì)使得觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差，影響對(duì)地球定向參數(shù)變化趨勢(shì)的準(zhǔn)確分析。原子時(shí)則是基于原子物理學(xué)原理建立的時(shí)間系統(tǒng)，利用原子能級(jí)躍遷所輻射或吸收的電磁波的高穩(wěn)定性來(lái)定義時(shí)間。原子時(shí)的基本單位是原子秒，其穩(wěn)定性極高，目前原子鐘的頻率穩(wěn)定度已達(dá)到10?1?甚至更高量級(jí)。這使得原子時(shí)成為一種非常穩(wěn)定的時(shí)間尺度，能夠滿足VGOS觀測(cè)對(duì)高精度時(shí)間基準(zhǔn)的需求。氫原子鐘和銫原子鐘是常見(jiàn)的原子鐘類型，它們?cè)跁r(shí)間頻率基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和VGOS觀測(cè)站中廣泛應(yīng)用。氫原子鐘具有長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，常用于需要長(zhǎng)時(shí)間高精度時(shí)間基準(zhǔn)的場(chǎng)合；銫原子鐘則以其短期頻率穩(wěn)定度好而受到青睞，在對(duì)時(shí)間同步精度要求極高的觀測(cè)瞬間，銫原子鐘能夠提供穩(wěn)定可靠的時(shí)間信號(hào)。協(xié)調(diào)世界時(shí)是一種折中的時(shí)間系統(tǒng)，它既考慮了原子時(shí)的高精度和穩(wěn)定性，又兼顧了世界時(shí)與地球自轉(zhuǎn)的聯(lián)系。協(xié)調(diào)世界時(shí)以原子時(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)閏秒調(diào)整與世界時(shí)保持在0.9秒以內(nèi)的差值。當(dāng)世界時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的差值接近0.9秒時(shí)，會(huì)在協(xié)調(diào)世界時(shí)中插入一個(gè)閏秒（正閏秒）或刪除一個(gè)閏秒（負(fù)閏秒）。這種調(diào)整機(jī)制確保了協(xié)調(diào)世界時(shí)在保持高精度的同時(shí)，能夠與人們?nèi)粘Ｉ詈吞煳挠^測(cè)中所使用的世界時(shí)保持相對(duì)一致，便于實(shí)際應(yīng)用。在通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域，協(xié)調(diào)世界時(shí)被廣泛用作時(shí)間基準(zhǔn)，保證了全球范圍內(nèi)時(shí)間的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。在VGOS觀測(cè)中，協(xié)調(diào)世界時(shí)也起著重要作用，它為不同觀測(cè)站之間的時(shí)間同步提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，確保了觀測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)間上的一致性和可比性。在VGOS觀測(cè)過(guò)程中，不同觀測(cè)站之間的時(shí)間同步至關(guān)重要。由于干涉測(cè)量原理依賴于不同觀測(cè)站對(duì)同一天體射電信號(hào)到達(dá)時(shí)間的精確比對(duì)，因此各觀測(cè)站的時(shí)間必須精確同步，誤差需控制在極小范圍內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通常采用高精度的原子鐘作為各觀測(cè)站的本地時(shí)間基準(zhǔn)，并通過(guò)衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）、光纖時(shí)間頻率傳遞等技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同觀測(cè)站之間的時(shí)間同步。衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞技術(shù)利用衛(wèi)星作為信號(hào)中繼，通過(guò)測(cè)量信號(hào)在衛(wèi)星與地面站之間往返傳播的時(shí)間延遲，實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間傳遞，時(shí)間同步精度可達(dá)納秒量級(jí)；光纖時(shí)間頻率傳遞技術(shù)則利用光纖的低損耗和穩(wěn)定的傳輸特性，將高精度的時(shí)間頻率信號(hào)從一個(gè)觀測(cè)站傳輸?shù)搅硪粋€(gè)觀測(cè)站，其時(shí)間同步精度甚至可以達(dá)到皮秒量級(jí)。通過(guò)這些先進(jìn)的時(shí)間同步技術(shù)，確保了VGOS觀測(cè)中各觀測(cè)站之間的時(shí)間同步精度滿足觀測(cè)要求，為獲取高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2.3.2坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)在VGOS觀測(cè)中起著核心作用，它為觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析提供了統(tǒng)一的參考框架，使得不同觀測(cè)站獲取的數(shù)據(jù)能夠在同一體系下進(jìn)行比較和融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)天體位置、測(cè)站坐標(biāo)以及地球定向參數(shù)等重要信息的精確測(cè)定。在VGOS觀測(cè)中，常用的坐標(biāo)系統(tǒng)主要包括天球參考系（CelestialReferenceSystem，CRS）和地球參考系（TerrestrialReferenceSystem，TRS）。天球參考系是以遙遠(yuǎn)的河外射電源為基準(zhǔn)建立的慣性參考系，它被認(rèn)為是相對(duì)固定的，不隨地球的運(yùn)動(dòng)而變化。國(guó)際天球參考系（InternationalCelestialReferenceSystem，ICRS）是目前被廣泛接受的天球參考系，其原點(diǎn)位于太陽(yáng)系質(zhì)心，坐標(biāo)軸指向特定的河外射電源。這些河外射電源距離地球非常遙遠(yuǎn)，它們的自行極其微小，可以近似看作是固定在天球上的點(diǎn)，因此ICRS能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的天球參考框架。在VGOS觀測(cè)中，通過(guò)對(duì)河外射電源的觀測(cè)，利用干涉測(cè)量技術(shù)精確測(cè)定射電源的位置，進(jìn)而建立和維持ICRS的高精度和穩(wěn)定性。對(duì)類星體3C273等多個(gè)河外射電源的長(zhǎng)期觀測(cè)，不斷優(yōu)化和完善ICRS的坐標(biāo)框架，為天體測(cè)量和其他相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了可靠的天球參考基準(zhǔn)。地球參考系則是以地球質(zhì)心為基準(zhǔn)建立的參考系，它與地球的物理形態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)。國(guó)際地球參考系（InternationalTerrestrialReferenceSystem，ITRS）是目前國(guó)際上通用的地球參考系，其原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，坐標(biāo)軸與地球的自轉(zhuǎn)軸和赤道面相關(guān)聯(lián)。ITRS通過(guò)一系列分布在全球的地面觀測(cè)站的坐標(biāo)來(lái)定義，這些觀測(cè)站的坐標(biāo)通過(guò)多種空間大地測(cè)量技術(shù)精確測(cè)定，如全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）等。在VGOS觀測(cè)中，通過(guò)對(duì)觀測(cè)站坐標(biāo)的精確測(cè)量和監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)ITRS的建立和維持，并研究地球的板塊運(yùn)動(dòng)、地殼形變等地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。利用VGOS技術(shù)對(duì)位于板塊邊界附近的觀測(cè)站進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，能夠精確測(cè)定觀測(cè)站坐標(biāo)的微小變化，從而為研究板塊運(yùn)動(dòng)提供重要的數(shù)據(jù)支持。天球參考系和地球參考系之間的轉(zhuǎn)換是VGOS觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于地球在宇宙中既進(jìn)行自轉(zhuǎn)又進(jìn)行公轉(zhuǎn)，天球參考系和地球參考系之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此需要通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換模型和參數(shù)將觀測(cè)數(shù)據(jù)在兩個(gè)參考系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。歲差、章動(dòng)、極移和地球自轉(zhuǎn)等因素都會(huì)影響兩個(gè)參考系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。歲差是由于地球自轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)期進(jìn)動(dòng)引起的，它使得天球參考系中的坐標(biāo)軸方向發(fā)生緩慢變化；章動(dòng)則是地球自轉(zhuǎn)軸的短周期擺動(dòng)，對(duì)天球參考系和地球參考系之間的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生周期性影響；極移是地球自轉(zhuǎn)軸在地球表面的移動(dòng)，導(dǎo)致地球參考系的坐標(biāo)軸方向發(fā)生變化；地球自轉(zhuǎn)則是地球在天球參考系中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直接影響觀測(cè)數(shù)據(jù)在兩個(gè)參考系之間的轉(zhuǎn)換。在VGOS觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中，需要精確考慮這些因素，并利用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模型，如國(guó)際地球自轉(zhuǎn)和參考系服務(wù)（IERS）發(fā)布的轉(zhuǎn)換模型，將觀測(cè)數(shù)據(jù)從地球參考系轉(zhuǎn)換到天球參考系，或從天球參考系轉(zhuǎn)換到地球參考系，以確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。2.3.3時(shí)延模型時(shí)延是VGOS觀測(cè)中的關(guān)鍵觀測(cè)量，它反映了射電信號(hào)從天體到達(dá)不同觀測(cè)站的時(shí)間差異，通過(guò)對(duì)時(shí)延的精確測(cè)量和分析，可以獲取觀測(cè)站之間的基線向量、天體的位置以及地球定向參數(shù)等重要信息。然而，在實(shí)際觀測(cè)中，射電信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，導(dǎo)致觀測(cè)到的時(shí)延并非真實(shí)的幾何時(shí)延，因此需要建立準(zhǔn)確的時(shí)延模型來(lái)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正和分析。幾何時(shí)延是指射電信號(hào)在真空中從天體傳播到觀測(cè)站的時(shí)間延遲，它僅與天體和觀測(cè)站之間的幾何距離有關(guān)。根據(jù)光速不變?cè)?，幾何時(shí)延可以通過(guò)計(jì)算信號(hào)傳播的路徑長(zhǎng)度除以光速得到。在理想情況下，僅考慮幾何時(shí)延即可精確測(cè)定觀測(cè)站之間的基線向量和天體的位置。在實(shí)際觀測(cè)中，信號(hào)傳播路徑并非完全處于真空中，而是會(huì)穿過(guò)地球大氣層等介質(zhì)，并且地球的運(yùn)動(dòng)、相對(duì)論效應(yīng)等因素也會(huì)對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生影響，使得觀測(cè)到的時(shí)延與幾何時(shí)延存在偏差。大氣延遲是影響時(shí)延測(cè)量的重要因素之一。地球大氣層中的對(duì)流層和平流層對(duì)射電信號(hào)的傳播速度和路徑產(chǎn)生影響，導(dǎo)致信號(hào)傳播延遲。對(duì)流層延遲主要是由于大氣中的水汽、溫度和壓力等因素引起的，其延遲量與信號(hào)傳播路徑上的大氣參數(shù)密切相關(guān)。在水汽含量較高的地區(qū)，對(duì)流層延遲會(huì)顯著增大，對(duì)時(shí)延測(cè)量精度產(chǎn)生較大影響。平流層延遲則主要由大氣中的臭氧等成分引起，雖然其延遲量相對(duì)較小，但在高精度觀測(cè)中也不能忽視。為了改正大氣延遲對(duì)時(shí)延測(cè)量的影響，通常采用大氣延遲模型，如Saastamoinen模型、Hopfield模型等。這些模型根據(jù)地面氣象數(shù)據(jù)，如氣溫、氣壓、濕度等，計(jì)算對(duì)流層和平流層延遲量，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的改正。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以結(jié)合全球定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)獲取的大氣參數(shù)，進(jìn)一步提高大氣延遲改正的精度。地球自轉(zhuǎn)和相對(duì)論效應(yīng)也會(huì)對(duì)時(shí)延測(cè)量產(chǎn)生影響。地球自轉(zhuǎn)使得觀測(cè)站在空間中的位置隨時(shí)間發(fā)生變化，從而導(dǎo)致射電信號(hào)到達(dá)觀測(cè)站的時(shí)間延遲發(fā)生改變。相對(duì)論效應(yīng)則包括引力紅移、時(shí)間膨脹等，這些效應(yīng)會(huì)使信號(hào)的傳播速度和頻率發(fā)生變化，進(jìn)而影響時(shí)延測(cè)量。在處理VGOS觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮地球自轉(zhuǎn)和相對(duì)論效應(yīng)的影響，并利用相應(yīng)的模型進(jìn)行改正。在考慮地球自轉(zhuǎn)影響時(shí)，通常采用地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，如地球自轉(zhuǎn)速率、極移等，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；在處理相對(duì)論效應(yīng)時(shí)，根據(jù)廣義相對(duì)論的原理，對(duì)信號(hào)傳播的時(shí)間和路徑進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和改正。除了上述主要因素外，還有其他一些因素可能會(huì)對(duì)時(shí)延測(cè)量產(chǎn)生影響，如天線的相位中心偏差、信號(hào)傳播過(guò)程中的多徑效應(yīng)等。天線的相位中心偏差是指天線實(shí)際接收信號(hào)的相位中心與理論相位中心之間的差異，這會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)到的時(shí)延出現(xiàn)偏差。多徑效應(yīng)是指射電信號(hào)在傳播過(guò)程中遇到障礙物反射后，與直接傳播的信號(hào)相互干涉，使得接收信號(hào)的相位和幅度發(fā)生變化，從而影響時(shí)延測(cè)量精度。在實(shí)際觀測(cè)中，需要采取相應(yīng)的措施來(lái)減小這些因素的影響，如對(duì)天線進(jìn)行校準(zhǔn)，消除相位中心偏差；選擇合適的觀測(cè)場(chǎng)地，減少多徑效應(yīng)的干擾等。通過(guò)綜合考慮各種因素，并利用準(zhǔn)確的時(shí)延模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正和分析，可以提高VGOS觀測(cè)中時(shí)延測(cè)量的精度，為實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量、地球定向參數(shù)監(jiān)測(cè)以及天球參考架建立等科學(xué)目標(biāo)提供有力支持。三、國(guó)家授時(shí)中心VGOS觀測(cè)綱要關(guān)鍵要素3.1參考射電源選擇3.1.1射電源的特性與分類射電源是能夠發(fā)射強(qiáng)無(wú)線電波的天體，其類型豐富多樣，在VGOS觀測(cè)中，對(duì)不同類型射電源特性的深入了解至關(guān)重要。按照視角徑大小，射電源可分為致密源和展源。致密源角徑小于1″，尺度極小，通常在1-100光年之間，最小總能量處于103?-103?焦耳區(qū)間，常出現(xiàn)在類星體、特殊星系核等天體中。這類射電源的信號(hào)相對(duì)集中，方向性強(qiáng)，但其輻射機(jī)制較為復(fù)雜，與天體內(nèi)部的高能物理過(guò)程密切相關(guān)，如黑洞吸積盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)和物質(zhì)噴射等。展源的角徑大于1″，大小在3-200萬(wàn)光年范圍，最小總能量為103?-10?2焦耳，常與亮橢圓星系相互證認(rèn)，約40%的展源為雙射電源。展源的信號(hào)分布較為廣泛，其輻射可能源于星系間的物質(zhì)相互作用、大規(guī)模的恒星形成活動(dòng)等，觀測(cè)這類射電源能夠獲取星系整體結(jié)構(gòu)和演化的信息。依據(jù)距離來(lái)劃分，射電源又可分為銀河系射電源和河外射電源。銀河系射電源涵蓋21厘米中性氫區(qū)、電離氫區(qū)、超新星遺跡、射電星及脈沖星等。21厘米中性氫區(qū)發(fā)射的21厘米譜線，是研究銀河系星際介質(zhì)分布和結(jié)構(gòu)的重要探針，通過(guò)對(duì)其觀測(cè)，可以了解銀河系中氫原子的分布情況，進(jìn)而推斷銀河系的旋臂結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。超新星遺跡是超新星爆發(fā)后留下的殘骸，它們?cè)谏潆姴ǘ蔚妮椛淠軌蚍从吵龀滦潜l(fā)的能量釋放、物質(zhì)拋射以及與周圍星際介質(zhì)的相互作用過(guò)程。河外射電源包含正常射電星系、特殊射電星系和類星射電源等。正常射電星系的平均輻射功率在103?-10?1焦耳/秒，其射電輻射相對(duì)較弱，僅為光波段輻射的百萬(wàn)分之一，這類星系的射電輻射主要來(lái)自星系內(nèi)的恒星形成區(qū)、星際介質(zhì)的相互作用等。特殊射電星系的射電輻射功率比正常射電星系強(qiáng)102-10?倍，甚至接近或超過(guò)光波段的輻射功率，其輻射機(jī)制通常與星系核心的超大質(zhì)量黑洞活動(dòng)、相對(duì)論性噴流等有關(guān)。類星射電源則是一種光學(xué)外貌似恒星，但光譜線有很大紅移的強(qiáng)射電源，若其紅移被認(rèn)定為宇宙學(xué)紅移，那么它也屬于河外射電源的范疇，類星體的能量輸出極其巨大，其輻射機(jī)制涉及黑洞吸積、噴流等復(fù)雜的物理過(guò)程，對(duì)研究宇宙早期演化和物質(zhì)分布具有重要意義。射電源在信號(hào)穩(wěn)定性和強(qiáng)度方面也存在顯著差異。一些射電源的信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，如部分河外射電源，其信號(hào)強(qiáng)度和頻率在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)變化較小，這使得它們成為VGOS觀測(cè)中建立穩(wěn)定參考框架的理想選擇。類星體3C273在多年的觀測(cè)中，其射電信號(hào)的穩(wěn)定性較高，為天球參考架的建立提供了重要的參考基準(zhǔn)。而有些射電源的信號(hào)則具有時(shí)變特性，如脈沖星，它周期性地發(fā)射脈沖信號(hào)，脈沖周期從毫秒到秒不等，這種周期性的信號(hào)變化蘊(yùn)含著脈沖星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和自轉(zhuǎn)等重要信息。在信號(hào)強(qiáng)度上，不同射電源之間也有很大區(qū)別，從極其微弱的信號(hào)到非常強(qiáng)的射電輻射都有。強(qiáng)射電源如天鵝座A，其信號(hào)強(qiáng)度高，易于被探測(cè)和觀測(cè)，對(duì)于開(kāi)展高精度的干涉測(cè)量具有重要價(jià)值；而弱射電源則需要更靈敏的觀測(cè)設(shè)備和更精細(xì)的觀測(cè)技術(shù)才能進(jìn)行有效探測(cè)。3.1.2適合VGOS觀測(cè)的射電源篩選標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國(guó)家授時(shí)中心的觀測(cè)需求，在選擇適合VGOS觀測(cè)的射電源時(shí)，需綜合考慮多方面因素，制定嚴(yán)格的篩選標(biāo)準(zhǔn)。穩(wěn)定性是首要考慮的關(guān)鍵因素。由于VGOS觀測(cè)旨在實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量和地球定向參數(shù)監(jiān)測(cè)，這要求射電源的位置和信號(hào)特性在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。河外射電源因其距離地球遙遠(yuǎn)，受地球附近環(huán)境因素的影響極小，相對(duì)運(yùn)動(dòng)和自行極其微小，能夠提供穩(wěn)定的參考點(diǎn)。在建立天球參考架時(shí)，選擇穩(wěn)定性高的河外射電源作為參考，能夠確保天球參考架的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。對(duì)于那些信號(hào)強(qiáng)度和頻率波動(dòng)較大的射電源，如一些具有爆發(fā)活動(dòng)的射電源，會(huì)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性產(chǎn)生干擾，應(yīng)盡量避免選擇。信號(hào)強(qiáng)度也至關(guān)重要。較強(qiáng)的射電信號(hào)能夠提高觀測(cè)的信噪比，使觀測(cè)數(shù)據(jù)更清晰可靠，有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。在實(shí)際觀測(cè)中，信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)的射電源更容易被探測(cè)到，能夠有效減少觀測(cè)誤差。對(duì)于一些微弱的射電源，盡管它們可能蘊(yùn)含著重要的科學(xué)信息，但由于其信號(hào)難以被準(zhǔn)確捕捉，在VGOS觀測(cè)的初期階段，不作為主要的觀測(cè)目標(biāo)。隨著觀測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和觀測(cè)設(shè)備靈敏度的提高，未來(lái)可以考慮對(duì)這些微弱射電源進(jìn)行更深入的研究?？捎^測(cè)性也是篩選射電源的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。射電源的可觀測(cè)性與多個(gè)因素相關(guān)，包括其在天空中的位置、觀測(cè)時(shí)間以及與地球的相對(duì)位置關(guān)系等。選擇在國(guó)家授時(shí)中心所在地區(qū)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定觀測(cè)的射電源，避免那些受地球遮擋、大氣干擾嚴(yán)重或觀測(cè)時(shí)間過(guò)短的射電源。位于天頂附近的射電源，由于其信號(hào)在傳播過(guò)程中穿過(guò)的大氣層厚度相對(duì)較薄，受到大氣延遲等因素的影響較小，更適合進(jìn)行高精度的觀測(cè)。還需要考慮射電源的觀測(cè)時(shí)間窗口，盡量選擇在不同季節(jié)、不同時(shí)間都能進(jìn)行觀測(cè)的射電源，以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和全面性。在射電源的分布上，應(yīng)盡量選擇在天球上分布均勻的射電源。這樣可以確保在不同方向上都有參考射電源，從而提高觀測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)不同方位射電源的觀測(cè)，可以獲取更豐富的信息，有效減少測(cè)量誤差，提高測(cè)站坐標(biāo)解算和地球定向參數(shù)測(cè)定的精度。如果射電源在天球上分布過(guò)于集中，會(huì)導(dǎo)致某些方向上的觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失或不足，影響觀測(cè)結(jié)果的可靠性。在實(shí)際觀測(cè)中，通常會(huì)選擇多個(gè)不同方位的河外射電源組成觀測(cè)目標(biāo)集，以滿足射電源分布均勻的要求。射電源的已有的研究程度也是篩選時(shí)需要考慮的因素。優(yōu)先選擇那些已經(jīng)被廣泛研究、物理性質(zhì)相對(duì)清楚的射電源，這樣可以更好地利用已有的研究成果，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和解釋。對(duì)于一些新發(fā)現(xiàn)的、研究較少的射電源，由于其物理機(jī)制和特性尚未完全明確，可能會(huì)給觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析帶來(lái)困難。這并不意味著完全排除對(duì)新射電源的觀測(cè)，隨著觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，對(duì)新射電源的觀測(cè)和研究也具有重要的科學(xué)意義，可以為我們揭示宇宙中更多未知的奧秘。3.2Scan算法與模型3.2.1Scan起始時(shí)間計(jì)算Scan起始時(shí)間的精確計(jì)算是VGOS觀測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它依賴于對(duì)地球自轉(zhuǎn)、射電源位置以及觀測(cè)站地理位置等多方面因素的綜合考量。地球自轉(zhuǎn)的角速度并非恒定不變，受到地球內(nèi)部物質(zhì)分布變化、潮汐摩擦以及大氣和海洋運(yùn)動(dòng)等多種因素的影響，其角速度會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。在高精度的VGOS觀測(cè)中，這種微小的波動(dòng)不能被忽視，需要通過(guò)精確的模型進(jìn)行修正。國(guó)際地球自轉(zhuǎn)和參考系服務(wù)（IERS）會(huì)定期發(fā)布地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的最新數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于Scan起始時(shí)間的計(jì)算中。通過(guò)對(duì)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)更新和精確計(jì)算，可以確保在不同的觀測(cè)時(shí)刻，都能準(zhǔn)確考慮地球自轉(zhuǎn)對(duì)射電源位置的影響。射電源在天球上的位置由其赤經(jīng)（RA）和赤緯（DEC）來(lái)確定，這些參數(shù)是計(jì)算Scan起始時(shí)間的重要依據(jù)。赤經(jīng)和赤緯的測(cè)量精度直接影響到Scan起始時(shí)間的準(zhǔn)確性，因此需要采用高精度的天文觀測(cè)技術(shù)和設(shè)備來(lái)獲取這些參數(shù)。一些大型的射電望遠(yuǎn)鏡陣通過(guò)聯(lián)合觀測(cè)和數(shù)據(jù)融合，能夠提高對(duì)射電源赤經(jīng)和赤緯的測(cè)量精度，為Scan起始時(shí)間的精確計(jì)算提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。觀測(cè)站的地理位置，包括經(jīng)度和緯度，也對(duì)Scan起始時(shí)間的計(jì)算有著重要影響。不同地理位置的觀測(cè)站，由于地球自轉(zhuǎn)的原因，其觀測(cè)到的射電源位置和時(shí)間會(huì)有所差異。位于高緯度地區(qū)的觀測(cè)站，在某些季節(jié)可能會(huì)面臨極晝或極夜的情況，這會(huì)影響到射電源的可觀測(cè)時(shí)間和觀測(cè)起始時(shí)間。在計(jì)算Scan起始時(shí)間時(shí)，需要根據(jù)觀測(cè)站的具體地理位置，結(jié)合地球自轉(zhuǎn)和射電源位置信息，運(yùn)用專門(mén)的算法進(jìn)行精確計(jì)算。在實(shí)際計(jì)算中，通常會(huì)采用基于時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的算法。首先，將觀測(cè)站的本地時(shí)間轉(zhuǎn)換為世界時(shí)（UT），再根據(jù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)將世界時(shí)轉(zhuǎn)換為恒星時(shí)（ST）。恒星時(shí)能夠更直觀地反映地球相對(duì)于恒星的自轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)于確定射電源的可見(jiàn)時(shí)間和觀測(cè)起始時(shí)間具有重要意義。通過(guò)計(jì)算射電源的時(shí)角（HA），即射電源的赤經(jīng)與恒星時(shí)的差值，來(lái)確定射電源在天球上的位置隨時(shí)間的變化。當(dāng)射電源的時(shí)角滿足一定條件時(shí)，即可確定Scan的起始時(shí)間。在實(shí)際觀測(cè)中，還需要考慮大氣折射、相對(duì)論效應(yīng)等因素對(duì)射電源位置和時(shí)間的影響，并進(jìn)行相應(yīng)的修正。大氣折射會(huì)使射電源的觀測(cè)位置產(chǎn)生偏差，通過(guò)建立大氣折射模型，根據(jù)觀測(cè)站的氣象數(shù)據(jù)對(duì)射電源的位置進(jìn)行修正，提高Scan起始時(shí)間計(jì)算的準(zhǔn)確性。3.2.2Scan長(zhǎng)度確定Scan長(zhǎng)度的確定是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受到多種因素的綜合影響，包括觀測(cè)目標(biāo)的性質(zhì)、設(shè)備性能以及觀測(cè)環(huán)境等。觀測(cè)目標(biāo)的性質(zhì)是影響Scan長(zhǎng)度的重要因素之一。不同類型的射電源具有不同的信號(hào)特征和變化規(guī)律，這決定了對(duì)它們進(jìn)行有效觀測(cè)所需的時(shí)間長(zhǎng)度。對(duì)于信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定的河外射電源，如類星體3C273，其信號(hào)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)變化較小，為了獲取足夠的觀測(cè)數(shù)據(jù)以滿足高精度測(cè)量的要求，Scan長(zhǎng)度可以相對(duì)較長(zhǎng)。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，可以更精確地測(cè)量射電源的位置和信號(hào)特征，提高測(cè)站坐標(biāo)解算和地球定向參數(shù)測(cè)定的精度。而對(duì)于一些信號(hào)具有快速變化特性的射電源，如脈沖星，其脈沖周期通常較短，為了準(zhǔn)確捕捉其脈沖信號(hào)并研究其變化規(guī)律，Scan長(zhǎng)度需要根據(jù)脈沖周期進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于周期為毫秒級(jí)的脈沖星，Scan長(zhǎng)度可能需要精確到毫秒量級(jí)，以確保能夠完整地記錄脈沖信號(hào)的變化。設(shè)備性能也對(duì)Scan長(zhǎng)度有著重要影響。天線的靈敏度和分辨率決定了其對(duì)射電信號(hào)的探測(cè)能力和分辨能力。靈敏度高的天線能夠檢測(cè)到更微弱的射電信號(hào)，為了獲取足夠的信號(hào)強(qiáng)度以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，對(duì)于微弱信號(hào)源的觀測(cè)，可能需要較長(zhǎng)的Scan長(zhǎng)度。在觀測(cè)一些距離地球較遠(yuǎn)、信號(hào)極其微弱的河外射電源時(shí)，為了獲得足夠的信噪比，可能需要將Scan長(zhǎng)度延長(zhǎng)至數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)。分辨率高的天線能夠更清晰地分辨射電源的細(xì)節(jié)特征，對(duì)于需要研究射電源精細(xì)結(jié)構(gòu)的觀測(cè)任務(wù)，較短的Scan長(zhǎng)度可能無(wú)法滿足要求，需要適當(dāng)延長(zhǎng)Scan長(zhǎng)度以獲取更詳細(xì)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。在研究射電星系的噴流結(jié)構(gòu)時(shí)，需要高分辨率的天線和較長(zhǎng)的Scan長(zhǎng)度，以捕捉噴流的形態(tài)和變化。觀測(cè)環(huán)境中的噪聲水平和干擾情況也會(huì)影響Scan長(zhǎng)度的確定。在噪聲水平較高的觀測(cè)環(huán)境中，如靠近城市或工業(yè)區(qū)域的觀測(cè)站，大量的電磁干擾會(huì)影響射電信號(hào)的接收質(zhì)量。為了在這種環(huán)境下獲取可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，需要通過(guò)延長(zhǎng)Scan長(zhǎng)度來(lái)提高信號(hào)的信噪比。較長(zhǎng)的Scan長(zhǎng)度可以使信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行累加，從而增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，降低噪聲的影響。在受到太陽(yáng)射電爆發(fā)等突發(fā)干擾的情況下，可能需要暫停觀測(cè)或調(diào)整Scan長(zhǎng)度，以避免干擾對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響。當(dāng)太陽(yáng)射電爆發(fā)導(dǎo)致射電信號(hào)受到嚴(yán)重干擾時(shí)，為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可能需要縮短當(dāng)前的Scan長(zhǎng)度，等待干擾減弱后再重新開(kāi)始觀測(cè)。觀測(cè)任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)和精度要求也是確定Scan長(zhǎng)度的重要依據(jù)。如果觀測(cè)任務(wù)旨在進(jìn)行高精度的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量或地球定向參數(shù)監(jiān)測(cè)，為了達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度，需要獲取大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行精確的處理。這通常需要較長(zhǎng)的Scan長(zhǎng)度，以確保能夠獲取足夠多的獨(dú)立觀測(cè)量，減小測(cè)量誤差。在建立高精度的天球參考架時(shí)，需要對(duì)多個(gè)射電源進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，每個(gè)射電源的Scan長(zhǎng)度可能需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，以保證天球參考架的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。而對(duì)于一些初步的觀測(cè)研究或探索性的觀測(cè)任務(wù)，精度要求相對(duì)較低，Scan長(zhǎng)度可以適當(dāng)縮短，以提高觀測(cè)效率。在對(duì)新發(fā)現(xiàn)的射電源進(jìn)行初步探測(cè)時(shí)，可以先采用較短的Scan長(zhǎng)度進(jìn)行快速觀測(cè)，了解其基本特征后，再根據(jù)需要調(diào)整Scan長(zhǎng)度進(jìn)行更深入的研究。3.2.3俯仰角限制俯仰角限制在VGOS觀測(cè)中起著至關(guān)重要的作用，它直接影響著觀測(cè)的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及設(shè)備的安全性。當(dāng)射電源的俯仰角過(guò)低時(shí)，信號(hào)在傳播過(guò)程中需要穿過(guò)更厚的大氣層，這會(huì)導(dǎo)致大氣延遲顯著增大。大氣中的水汽、溫度和壓力等因素會(huì)對(duì)射電信號(hào)的傳播速度和路徑產(chǎn)生影響，使得信號(hào)傳播延遲。在低俯仰角觀測(cè)時(shí)，由于信號(hào)傳播路徑變長(zhǎng)，大氣延遲的不確定性增加，從而引入較大的誤差，嚴(yán)重影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度。在進(jìn)行高精度的測(cè)站坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，低俯仰角觀測(cè)帶來(lái)的大氣延遲誤差可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)站坐標(biāo)解算出現(xiàn)偏差，影響對(duì)地球板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形變等研究的準(zhǔn)確性。低俯仰角觀測(cè)還容易受到多徑效應(yīng)的干擾。多徑效應(yīng)是指射電信號(hào)在傳播過(guò)程中遇到地面、建筑物等障礙物反射后，與直接傳播的信號(hào)相互干涉，使得接收信號(hào)的相位和幅度發(fā)生變化。在低俯仰角情況下，信號(hào)更容易與地面或周圍障礙物發(fā)生反射，形成多徑信號(hào)。這些多徑信號(hào)與直接信號(hào)相互疊加，會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)出現(xiàn)失真、模糊等問(wèn)題，影響對(duì)射電源信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)和分析。在對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，多徑效應(yīng)可能會(huì)使脈沖信號(hào)的形狀發(fā)生畸變，導(dǎo)致對(duì)脈沖周期和脈沖輪廓的測(cè)量出現(xiàn)誤差，影響對(duì)脈沖星物理性質(zhì)的研究。為了減小低俯仰角觀測(cè)帶來(lái)的不利影響，在觀測(cè)綱要中需要合理設(shè)置俯仰角范圍。根據(jù)不同的觀測(cè)任務(wù)和精度要求，確定合適的最低俯仰角限制。對(duì)于高精度的大地測(cè)量和天體測(cè)量任務(wù)，通常會(huì)將最低俯仰角限制設(shè)置在較高的值，如10°-15°以上，以減少大氣延遲和多徑效應(yīng)的影響。在實(shí)際觀測(cè)中，還可以結(jié)合大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地形信息，對(duì)俯仰角范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)大氣條件較好、多徑效應(yīng)較小時(shí)，可以適當(dāng)降低俯仰角限制，增加觀測(cè)時(shí)間和觀測(cè)范圍；而當(dāng)大氣條件惡劣或多徑效應(yīng)嚴(yán)重時(shí)，則需要提高俯仰角限制，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。過(guò)高的俯仰角也會(huì)對(duì)觀測(cè)產(chǎn)生一定的限制。當(dāng)天線指向過(guò)高的俯仰角時(shí)，可能會(huì)受到地球遮擋的影響，導(dǎo)致無(wú)法觀測(cè)到射電源。在某些地理位置，當(dāng)射電源的俯仰角接近90°時(shí)，可能會(huì)被山脈、建筑物等遮擋，無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)。過(guò)高的俯仰角還可能會(huì)對(duì)天線的機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生不利影響。天線在高俯仰角狀態(tài)下工作時(shí)，其重力負(fù)載分布會(huì)發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致天線結(jié)構(gòu)變形，影響天線的指向精度和信號(hào)接收性能。在設(shè)計(jì)和使用天線時(shí)，需要考慮其在不同俯仰角下的機(jī)械性能和穩(wěn)定性，確保在合理的俯仰角范圍內(nèi)能夠正常工作。在觀測(cè)綱要中，需要明確規(guī)定最高俯仰角限制，以避免因過(guò)高的俯仰角導(dǎo)致觀測(cè)失敗或設(shè)備損壞。3.3基于臺(tái)站的射電源天空分布不同臺(tái)站由于地理位置的差異，觀測(cè)到的射電源天空分布呈現(xiàn)出顯著的特征，這些特征對(duì)觀測(cè)綱要的編制具有重要的指導(dǎo)意義。國(guó)家授時(shí)中心位于[具體地理位置]，其獨(dú)特的地理位置決定了可觀測(cè)射電源在天球上的分布范圍。從赤經(jīng)和赤緯的覆蓋范圍來(lái)看，在赤經(jīng)方向上，由于地球自轉(zhuǎn)和臺(tái)站所處經(jīng)度的影響，能夠觀測(cè)到特定區(qū)間內(nèi)的射電源。在某些季節(jié)，國(guó)家授時(shí)中心可以對(duì)赤經(jīng)范圍在[具體赤經(jīng)區(qū)間1]的射電源進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定觀測(cè)；而在其他季節(jié)，隨著地球公轉(zhuǎn)和天體位置的變化，可觀測(cè)的赤經(jīng)范圍可能會(huì)有所調(diào)整，如變?yōu)閇具體赤經(jīng)區(qū)間2]。在赤緯方向上，受到臺(tái)站緯度的限制，國(guó)家授時(shí)中心能夠觀測(cè)到赤緯在[具體赤緯區(qū)間]的射電源。位于該赤緯區(qū)間內(nèi)的射電源，在不同的時(shí)間和天氣條件下，其觀測(cè)效果也會(huì)有所不同。在晴朗的夜晚，大氣透明度高，對(duì)該區(qū)間內(nèi)射電源的觀測(cè)信號(hào)質(zhì)量較好；而在有云層或大氣污染較嚴(yán)重的情況下，觀測(cè)信號(hào)可能會(huì)受到干擾，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。與其他典型VGOS臺(tái)站相比，國(guó)家授時(shí)中心在射電源天空分布上存在明顯的差異。美國(guó)的Kokee站位于夏威夷，其地理位置相對(duì)靠近赤道，這使得它在赤緯方向上的觀測(cè)范圍與國(guó)家授時(shí)中心有很大不同。Kokee站能夠觀測(cè)到更靠近天赤道的射電源，赤緯覆蓋范圍相對(duì)更廣泛，從[Kokee站赤緯下限]到[Kokee站赤緯上限]。這使得Kokee站在對(duì)一些低赤緯的河外射電源觀測(cè)上具有優(yōu)勢(shì)，能夠獲取這些射電源更豐富的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為研究低赤緯天區(qū)的天體物理現(xiàn)象提供了更多的信息。歐洲的Wettzell站地處中高緯度地區(qū)，其射電源天空分布在赤經(jīng)方向上與國(guó)家授時(shí)中心也存在差異。由于地球自轉(zhuǎn)和時(shí)區(qū)的不同，Wettzell站在特定時(shí)間內(nèi)可觀測(cè)的赤經(jīng)范圍與國(guó)家授時(shí)中心有所不同。在某些時(shí)段，Wettzell站能夠觀測(cè)到赤經(jīng)在[Wettzell站赤經(jīng)區(qū)間]的射電源，而這些射電源在同一時(shí)間對(duì)于國(guó)家授時(shí)中心可能由于地球的遮擋或觀測(cè)條件的限制而無(wú)法觀測(cè)到。這些臺(tái)站在射電源天空分布上的差異，對(duì)觀測(cè)綱要的編制有著重要的影響。在制定觀測(cè)計(jì)劃時(shí)，需要充分考慮各臺(tái)站的射電源分布特點(diǎn)，合理安排觀測(cè)任務(wù)。對(duì)于國(guó)家授時(shí)中心，應(yīng)根據(jù)其可觀測(cè)射電源的赤經(jīng)和赤緯范圍，優(yōu)先選擇在該范圍內(nèi)具有重要科學(xué)研究?jī)r(jià)值的射電源進(jìn)行觀測(cè)。如果當(dāng)前研究重點(diǎn)是地球板塊運(yùn)動(dòng)，而在國(guó)家授時(shí)中心可觀測(cè)的射電源中，有部分射電源位于板塊邊界附近的天區(qū)，那么這些射電源應(yīng)被納入重點(diǎn)觀測(cè)目標(biāo)。通過(guò)對(duì)這些射電源的觀測(cè)，可以獲取更準(zhǔn)確的測(cè)站坐標(biāo)變化信息，為研究地球板塊運(yùn)動(dòng)提供有力的數(shù)據(jù)支持。在國(guó)際聯(lián)合觀測(cè)中，不同臺(tái)站之間可以根據(jù)各自射電源天空分布的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)資源的互補(bǔ)。國(guó)家授時(shí)中心可以與Kokee站合作，共同觀測(cè)那些在兩個(gè)臺(tái)站都能觀測(cè)到，但由于地理位置不同而觀測(cè)角度和數(shù)據(jù)有所差異的射電源。通過(guò)對(duì)這些射電源的聯(lián)合觀測(cè)和數(shù)據(jù)融合，可以獲取更全面、更準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)，提高對(duì)天體物理現(xiàn)象的研究水平。與Wettzell站合作時(shí)，可以根據(jù)雙方在不同時(shí)間可觀測(cè)射電源的赤經(jīng)差異，合理安排觀測(cè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)更多射電源的連續(xù)觀測(cè)，進(jìn)一步完善天球參考架的建立和地球定向參數(shù)的監(jiān)測(cè)。四、國(guó)家授時(shí)中心VGOS觀測(cè)綱要編制與實(shí)踐4.1觀測(cè)綱要編制流程4.1.1常規(guī)射電源與衛(wèi)星觀測(cè)綱要編制常規(guī)射電源觀測(cè)綱要編制是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)且復(fù)雜的工作，需要綜合考慮眾多因素，以確保觀測(cè)的順利進(jìn)行和數(shù)據(jù)的高質(zhì)量獲取。在選擇觀測(cè)時(shí)間時(shí)，需要依據(jù)射電源的可觀測(cè)時(shí)段以及當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件來(lái)確定。射電源的可觀測(cè)時(shí)段主要取決于其在天球上的位置和地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)精確計(jì)算射電源的赤經(jīng)、赤緯以及當(dāng)?shù)氐暮阈菚r(shí)、地方時(shí)等參數(shù)，可以確定射電源在不同時(shí)間的可見(jiàn)情況。在我國(guó)北方地區(qū)，冬季夜晚時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于一些在該時(shí)段可見(jiàn)的射電源，可以安排更多的觀測(cè)時(shí)間；而在夏季，由于夜晚時(shí)間較短，需要合理規(guī)劃觀測(cè)順序，優(yōu)先觀測(cè)那些對(duì)科學(xué)研究最為關(guān)鍵的射電源。氣象條件也是影響觀測(cè)時(shí)間選擇的重要因素，晴朗、少云且大氣穩(wěn)定的天氣有利于射電信號(hào)的傳播和接收，減少大氣延遲和噪聲干擾對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響。在觀測(cè)綱要中，通常會(huì)參考當(dāng)?shù)氐臍庀髿v史數(shù)據(jù)，選擇氣象條件較為穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè)。頻率設(shè)置在射電源觀測(cè)中起著關(guān)鍵作用，不同的頻率對(duì)應(yīng)著不同的觀測(cè)目標(biāo)和科學(xué)研究需求。VGOS系統(tǒng)的接收機(jī)具備超寬帶接收能力，能夠覆蓋2-14GHz的連續(xù)帶寬，涵蓋S、C、X及Ku等4個(gè)頻段。在觀測(cè)不同類型的射電源時(shí)，需要根據(jù)其輻射特性選擇合適的頻率。對(duì)于一些致密射電源，如類星體，它們?cè)诟哳l段（如X頻段和Ku頻段）往往具有較強(qiáng)的輻射，選擇這些頻段進(jìn)行觀測(cè)可以獲取更清晰的信號(hào)和更豐富的信息。而對(duì)于一些展源，如射電星系，其輻射在低頻段（如S頻段和C頻段）可能更為顯著，此時(shí)選擇低頻段觀測(cè)能夠更好地研究其結(jié)構(gòu)和演化。還需要考慮頻率設(shè)置對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)分辨率和信噪比的影響。較高的頻率通常能夠提供更高的分辨率，但信號(hào)在傳播過(guò)程中受到的大氣衰減也更大，信噪比可能會(huì)降低；較低的頻率則相反，分辨率相對(duì)較低，但信號(hào)傳播損耗較小，信噪比相對(duì)較高。在實(shí)際觀測(cè)中，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行權(quán)衡，選擇最優(yōu)的頻率設(shè)置。在觀測(cè)衛(wèi)星時(shí)，同樣需要精心規(guī)劃觀測(cè)時(shí)間。衛(wèi)星的軌道高度、軌道傾角以及運(yùn)行周期等參數(shù)決定了其在天空中的可見(jiàn)軌跡和時(shí)間。通過(guò)衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出衛(wèi)星在不同時(shí)間的位置和可見(jiàn)時(shí)段。對(duì)于低軌道衛(wèi)星，其運(yùn)行速度較快，可見(jiàn)時(shí)間相對(duì)較短，需要在其可見(jiàn)的短暫時(shí)間內(nèi)迅速完成觀測(cè)任務(wù)；而高軌道衛(wèi)星，如地球同步軌道衛(wèi)星，其相對(duì)地球的位置較為固定，可見(jiàn)時(shí)間較長(zhǎng)，可以進(jìn)行更細(xì)致的觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)間的選擇還需要考慮衛(wèi)星的任務(wù)需求和觀測(cè)目標(biāo)。如果是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道測(cè)定，需要在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)特定區(qū)域或與其他觀測(cè)站進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)進(jìn)行觀測(cè)；如果是對(duì)衛(wèi)星搭載的科學(xué)儀器進(jìn)行性能測(cè)試，則需要根據(jù)儀器的工作模式和觀測(cè)要求來(lái)確定觀測(cè)時(shí)間。在頻率設(shè)置方面，衛(wèi)星觀測(cè)通常需要根據(jù)衛(wèi)星的通信頻段和觀測(cè)目的來(lái)確定。不同的衛(wèi)星系統(tǒng)采用不同的通信頻段，如GPS衛(wèi)星主要使用L頻段，北斗衛(wèi)星則使用B1、B2、B3等多個(gè)頻段。在對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，需要選擇與衛(wèi)星通信頻段匹配的頻率，以確保能夠接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)。觀測(cè)目的也會(huì)影響頻率設(shè)置。如果是進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，需要選擇衛(wèi)星的主要通信頻段進(jìn)行觀測(cè)；如果是研究衛(wèi)星信號(hào)在大氣層中的傳播特性，則可能需要選擇多個(gè)頻段進(jìn)行觀測(cè)，以分析不同頻段信號(hào)受到大氣影響的差異。4.1.2衛(wèi)星-射電源聯(lián)合觀測(cè)綱要編制衛(wèi)星-射電源聯(lián)合觀測(cè)具有重要的科學(xué)意義，其主要目的是通過(guò)同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星和射電源，利用兩者的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，從而提高測(cè)量精度和對(duì)天體物理現(xiàn)象的理解。在地球動(dòng)力學(xué)研究中，通過(guò)聯(lián)合觀測(cè)衛(wèi)星和射電源，可以更精確地測(cè)定地球的自轉(zhuǎn)參數(shù)和板塊運(yùn)動(dòng)情況。衛(wèi)星觀測(cè)能夠提供全球范圍內(nèi)的高精度位置信息，而射電源觀測(cè)則可以提供穩(wěn)定的天球參考基準(zhǔn)。將兩者的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，可以更準(zhǔn)確地計(jì)算地球自轉(zhuǎn)軸的變化、極移以及板塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為地球動(dòng)力學(xué)研究提供更豐富的數(shù)據(jù)支持。在天體測(cè)量領(lǐng)域，聯(lián)合觀測(cè)可以提高對(duì)天體位置和運(yùn)動(dòng)的測(cè)量精度。衛(wèi)星的高精度定位能力和射電源的穩(wěn)定性相結(jié)合，能夠更精確地測(cè)定天體的視差、自行等參數(shù)，有助于深入研究天體的物理性質(zhì)和演化歷程。聯(lián)合觀測(cè)的方法通常采用多臺(tái)站協(xié)同觀測(cè)的方式。多個(gè)觀測(cè)站同時(shí)對(duì)衛(wèi)星和射電源進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)觀測(cè)站記錄下衛(wèi)星信號(hào)和射電信號(hào)的到達(dá)時(shí)間、相位等信息。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理，可以消除或減小一些系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要考慮衛(wèi)星和射電源信號(hào)的特點(diǎn)，采用合適的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。由于衛(wèi)星信號(hào)的傳播速度和射電信號(hào)在真空中的傳播速度相同，但在大氣層中的傳播特性有所不同，因此需要對(duì)大氣延遲等因素進(jìn)行精確的修正。利用全球定位系統(tǒng)（GPS）獲取的大氣參數(shù)，結(jié)合大氣延遲模型，對(duì)衛(wèi)星和射電信號(hào)的傳播路徑進(jìn)行修正，確保兩者的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的一致性。聯(lián)合觀測(cè)有一些特殊要求。在時(shí)間同步方面，由于衛(wèi)星和射電源的信號(hào)到達(dá)時(shí)間需要精確比對(duì)，因此各觀測(cè)站之間的時(shí)間同步精度要求極高。通常采用高精度的原子鐘作為本地時(shí)間基準(zhǔn)，并通過(guò)衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）、光纖時(shí)間頻率傳遞等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各觀測(cè)站之間的時(shí)間同步，時(shí)間同步誤差需控制在皮秒量級(jí)。在數(shù)據(jù)傳輸和處理方面，聯(lián)合觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)來(lái)確保數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和準(zhǔn)確處理。采用高速光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用并行計(jì)算技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，以滿足聯(lián)合觀測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度和精度的要求。觀測(cè)設(shè)備的兼容性也是一個(gè)重要問(wèn)題。用于觀測(cè)衛(wèi)星和射電源的設(shè)備需要具備良好的兼容性，能夠同時(shí)接收和處理兩種不同類型的信號(hào)。在天線設(shè)計(jì)上，需要考慮對(duì)衛(wèi)星信號(hào)和射電信號(hào)的接收效率，采用多頻段、寬波束的天線設(shè)計(jì)，確保能夠同時(shí)覆蓋衛(wèi)星和射電源的信號(hào)。4.1.3射電源連續(xù)觀測(cè)綱要編制射電源連續(xù)觀測(cè)對(duì)于深入研究射電源的長(zhǎng)期變化特性以及地球定向參數(shù)的高精度監(jiān)測(cè)具有至關(guān)重要的意義。許多射電源的信號(hào)特性會(huì)隨時(shí)間發(fā)生緩慢變化，如脈沖星的脈沖周期可能會(huì)逐漸變慢，類星體的射電輻射強(qiáng)度可能會(huì)出現(xiàn)周期性或非周期性的變化。通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，可以詳細(xì)記錄這些變化過(guò)程，為研究射電源的物理機(jī)制提供豐富的數(shù)據(jù)。在研究脈沖星的自轉(zhuǎn)演化時(shí)，長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)其脈沖周期的變化，可以推斷出脈沖星內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量損耗情況。連續(xù)觀測(cè)對(duì)于地球定向參數(shù)的高精度監(jiān)測(cè)也不可或缺。地球的自轉(zhuǎn)和極移等參數(shù)會(huì)隨時(shí)間發(fā)生微小變化，這些變化對(duì)地球的氣候、海洋環(huán)流以及衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域都有著重要影響。通過(guò)對(duì)射電源的連續(xù)觀測(cè)，利用干涉測(cè)量技術(shù)精確測(cè)定射電源的位置和時(shí)延，進(jìn)而解算地球定向參數(shù)的變化，能夠?yàn)榈厍蚩茖W(xué)研究和相關(guān)應(yīng)用提供高精度的數(shù)據(jù)支持。實(shí)施連續(xù)觀測(cè)需要遵循一系列嚴(yán)格的步驟。在觀測(cè)設(shè)備方面，需要確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。射電望遠(yuǎn)鏡的天線、接收機(jī)、記錄終端等設(shè)備需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的校準(zhǔn)和維護(hù)，以保證在長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)過(guò)程中能夠穩(wěn)定地接收和記錄射電信號(hào)。定期對(duì)天線進(jìn)行指向校準(zhǔn)，檢查接收機(jī)的增益和噪聲性能，確保記錄終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸正常。在觀測(cè)計(jì)劃制定上，需要合理安排觀測(cè)時(shí)間和觀測(cè)目標(biāo)。根據(jù)射電源的可觀測(cè)時(shí)段和科學(xué)研究需求，制定詳細(xì)的觀測(cè)計(jì)劃，確保對(duì)重要射電源進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)。在觀測(cè)過(guò)程中，還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整，如遇到惡劣天氣或設(shè)備故障時(shí)，及時(shí)調(diào)整觀測(cè)計(jì)劃，保證觀測(cè)的連續(xù)性。數(shù)據(jù)處理和分析也是連續(xù)觀測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。需要建立高效的數(shù)據(jù)處理流程，對(duì)大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理和分析。采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，如基于最小二乘原理和卡爾曼濾波算法的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、去噪和參數(shù)解算，提取出射電源的位置、時(shí)延等關(guān)鍵信息，并分析這些信息隨時(shí)間的變化規(guī)律。還需要建立數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估和驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。4.2觀測(cè)綱要接口設(shè)計(jì)觀測(cè)綱要與觀測(cè)設(shè)備之間的接口設(shè)計(jì)是確保觀測(cè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在硬件接口方面，觀測(cè)綱要需要與天線控制系統(tǒng)緊密對(duì)接。天線作為接收射電信號(hào)的核心設(shè)備，其指向精度和跟蹤性能對(duì)觀測(cè)質(zhì)量至關(guān)重要。觀測(cè)綱要通過(guò)硬件接口向天線控制系統(tǒng)發(fā)送精確的指向指令，包括方位角、俯仰角等參數(shù)，確保天線能夠準(zhǔn)確地指向目標(biāo)射電源。這些指令是根據(jù)觀測(cè)綱要中確定的射電源位置、觀測(cè)時(shí)間以及地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)等因素精確計(jì)算得出的。在對(duì)某一特定射電源進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)綱要會(huì)根據(jù)射電源的赤經(jīng)、赤緯以及觀測(cè)站的地理位置和時(shí)間信息，計(jì)算出天線需要調(diào)整到的方位角和俯仰角，并通過(guò)硬件接口將這些指令傳輸給天線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天線的精確指向。接收機(jī)也是觀測(cè)設(shè)備的重要組成部分，觀測(cè)綱要與接收機(jī)之間的接口負(fù)責(zé)設(shè)置接收機(jī)的工作參數(shù)，如頻率范圍、帶寬、采樣率等。這些參數(shù)的設(shè)置直接影響著接收機(jī)對(duì)射電信號(hào)的接收和處理能力。根據(jù)觀測(cè)綱要中確定的觀測(cè)目標(biāo)和科學(xué)研究需求，選擇合適的頻率范圍和帶寬，以確保能夠接收到目標(biāo)射電源的信號(hào)，并獲取足夠的觀測(cè)信息。對(duì)于研究類星體的射電輻射特性，觀測(cè)綱要可能會(huì)要求接收機(jī)設(shè)置在高頻段，如X頻段或Ku頻段，以獲取類星體在這些頻段的強(qiáng)輻射信號(hào)；同時(shí)，根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理的要求，設(shè)置合適的帶寬和采樣率，保證信號(hào)的準(zhǔn)確采樣和有效處理。在軟件接口方面，觀測(cè)綱要與數(shù)據(jù)采集軟件的接口負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的采集和記錄。數(shù)據(jù)采集軟件根據(jù)觀測(cè)綱要的要求，按照預(yù)定的時(shí)間間隔和數(shù)據(jù)格式，對(duì)接收機(jī)輸出的信號(hào)進(jìn)行采集和記錄。觀測(cè)綱要會(huì)規(guī)定數(shù)據(jù)采集的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間以及采集的時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)采集軟件嚴(yán)格按照這些要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保獲取的數(shù)據(jù)具有完整性和一致性。在連續(xù)觀測(cè)某一射電源時(shí)，觀測(cè)綱要要求數(shù)據(jù)采集軟件從特定的時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始，以每分鐘一次的頻率采集數(shù)據(jù)，持續(xù)觀測(cè)數(shù)小時(shí)，數(shù)據(jù)采集軟件則根據(jù)這些指令，準(zhǔn)確地控制數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，將采集到的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式存儲(chǔ)在記錄終端中。觀測(cè)綱要與觀測(cè)設(shè)備的接口還需要具備良好的兼容性和可擴(kuò)展性。隨著觀測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和觀測(cè)設(shè)備的更新?lián)Q代，接口設(shè)計(jì)應(yīng)能夠適應(yīng)新的設(shè)備和技術(shù)要求。當(dāng)采用新型的天線或接收機(jī)時(shí)，接口應(yīng)能夠順利地與新設(shè)備進(jìn)行通信和參數(shù)設(shè)置，確保觀測(cè)綱要的各項(xiàng)要求能夠在新設(shè)備上得到有效執(zhí)行。接口還應(yīng)具備可擴(kuò)展性，能夠方便地添加新的功能和參數(shù)設(shè)置，以滿足未來(lái)觀測(cè)任務(wù)的多樣化需求。在未來(lái)的觀測(cè)中，可能需要增加對(duì)射電源偏振特性的觀測(cè)，接口設(shè)計(jì)應(yīng)能夠支持對(duì)接收機(jī)偏振參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)射電源偏振信息的獲取和分析。觀測(cè)綱要與數(shù)據(jù)處理軟件之間的接口設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要，它直接關(guān)系到觀測(cè)數(shù)據(jù)能否得到準(zhǔn)確、高效的處理和分析。數(shù)據(jù)處理軟件需要從觀測(cè)綱要中獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)的基本信息，如觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)目標(biāo)、觀測(cè)參數(shù)等，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的處理和分析。觀測(cè)綱要與數(shù)據(jù)處理軟件的接口負(fù)責(zé)將這些信息準(zhǔn)確地傳輸給數(shù)據(jù)處理軟件。在數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算時(shí)，需要知道觀測(cè)的時(shí)間信息，以考慮地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)等因素對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響；需要了解觀測(cè)目標(biāo)的相關(guān)信息，如射電源的位置、類型等，以便選擇合適的模型和算法進(jìn)行處理。觀測(cè)綱要通過(guò)接口將這些信息傳遞給數(shù)據(jù)處理軟件，為數(shù)據(jù)處理提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸方面，接口要確保觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、快速地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理軟件中。隨著觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，觀測(cè)數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確性提出了更高的要求。采用高速數(shù)據(jù)傳輸接口，如光纖接口或高速以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的快速傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。利用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）等技術(shù)，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，及時(shí)進(jìn)行重傳或糾錯(cuò)處理，保證數(shù)據(jù)處理軟件接收到的數(shù)據(jù)可靠無(wú)誤。數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)觀測(cè)綱要的要求，選擇合適的算法和模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。觀測(cè)綱要中會(huì)規(guī)定數(shù)據(jù)處理的方法和流程，如采用何種時(shí)延模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣延遲改正，如何利用最小二乘原理和卡爾曼濾波算法進(jìn)行參數(shù)解算等。接口負(fù)責(zé)將這些處理要求傳遞給數(shù)據(jù)處理軟件，確保數(shù)據(jù)處理過(guò)程符合觀測(cè)綱要的規(guī)定。在對(duì)地球定向參數(shù)進(jìn)行解算時(shí)，觀測(cè)綱要要求采用基于卡爾曼濾波算法的解算方法，接口將這一要求傳遞給數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)這一要求，運(yùn)用卡爾曼濾波算法對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到準(zhǔn)確的地球定向參數(shù)解算結(jié)果。觀測(cè)綱要與數(shù)據(jù)處理軟件的接口還需要支持?jǐn)?shù)據(jù)的可視化和結(jié)果輸出。數(shù)據(jù)處理軟件將處理后的結(jié)果通過(guò)接口反饋給觀測(cè)綱要，觀測(cè)綱要再將這些結(jié)果以直觀的方式呈現(xiàn)給科研人員，如生成觀測(cè)數(shù)據(jù)的圖表、地圖等可視化產(chǎn)品，以及輸出測(cè)站坐標(biāo)、地球定向參數(shù)等處理結(jié)果。在生成測(cè)站坐標(biāo)的處理結(jié)果后，數(shù)據(jù)處理軟件通過(guò)接口將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳遞給觀測(cè)綱要，觀測(cè)綱要將這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)以表格的形式輸出，并可以根據(jù)需要生成測(cè)站坐標(biāo)變化的圖表，方便科研人員對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和研究。4.3觀測(cè)實(shí)施與數(shù)據(jù)處理4.3.1觀測(cè)信息配置在觀測(cè)實(shí)施階段，依據(jù)觀測(cè)綱要對(duì)觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的信息配置至關(guān)重要。以天線為例，其指向精度直接影響到能否準(zhǔn)確捕獲射電源信號(hào)。根據(jù)觀測(cè)綱要中確定的射電源位置信息，利用高精度的指向控制系統(tǒng)，將天線的方位角和俯仰角調(diào)整到與射電源位置相匹配的角度。在對(duì)某一特定射電源進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，通過(guò)精確計(jì)算射電源的赤經(jīng)和赤緯，結(jié)合觀測(cè)站的地理位置和時(shí)間信息，將天線的方位角調(diào)整到[具體方位角數(shù)值]，俯仰角調(diào)整到[具體俯仰角數(shù)值]，確保天線能夠準(zhǔn)確地指向射電源，提高信號(hào)接收的效率和質(zhì)量。接收機(jī)的頻率設(shè)置也是觀測(cè)信息配置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)觀測(cè)綱要中規(guī)定的頻率范圍，對(duì)接收機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。在研究類星體的射電輻射特性時(shí)，觀測(cè)綱要要求在X頻段（8-12GHz）進(jìn)行觀測(cè)，此時(shí)需要將接收機(jī)的頻率設(shè)置在該頻段范圍內(nèi)，以確保能夠接收到類星體在X頻段的強(qiáng)輻射信號(hào)。還需要根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理的要求，設(shè)置合適的帶寬和采樣率。對(duì)于信號(hào)較弱的射電源，為了提高信噪比，可以適當(dāng)增加帶寬；而對(duì)于需要高分辨率觀測(cè)的目標(biāo)，可能需要提高采樣率，以保證對(duì)信號(hào)細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確捕捉。在對(duì)脈沖星信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，由于脈沖信號(hào)的周期短、變化快，需要將采樣率設(shè)置得足夠高，以精確記錄脈沖信號(hào)的形狀和周期變化。時(shí)間同步系統(tǒng)的配置同樣不容忽視。由于VGOS觀測(cè)對(duì)時(shí)間精度要求極高，各觀測(cè)站之間的時(shí)間同步誤差需控制在極小范圍內(nèi)。采用高精度的原子鐘作為本地時(shí)間基準(zhǔn)，并通過(guò)衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）、光纖時(shí)間頻率傳遞等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各觀測(cè)站之間的時(shí)間同步。在觀測(cè)前，對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和測(cè)試，確保各觀測(cè)站的時(shí)間基準(zhǔn)一致。利用衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞技術(shù)，將各觀測(cè)站的原子鐘時(shí)間與衛(wèi)星上的高精度時(shí)鐘進(jìn)行比對(duì)和校準(zhǔn)，通過(guò)精確測(cè)量信號(hào)在衛(wèi)星與地面站之間往返傳播的時(shí)間延遲，實(shí)現(xiàn)納秒量級(jí)的時(shí)間同步精度。4.3.2相關(guān)處理過(guò)程數(shù)據(jù)相關(guān)處理過(guò)程是從原始觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用信息的關(guān)鍵步驟，它涉及多個(gè)復(fù)雜的環(huán)節(jié)和專業(yè)的算法。在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，首要任務(wù)是對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。由于觀測(cè)過(guò)程中會(huì)受到各種噪聲的干擾，如宇宙背景噪聲、電子設(shè)備噪聲以及大氣噪聲等，這些噪聲會(huì)影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量和后續(xù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用濾波算法，如卡爾曼濾波、小波濾波等，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除噪聲干擾。卡爾曼濾波算法能夠根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)信號(hào)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，有效地去除噪聲的影響；小波濾波則通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，能夠在不同頻率范圍內(nèi)對(duì)噪聲進(jìn)行分離和去除，保留信號(hào)的有用特征。還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)拼接。不同觀測(cè)設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)格式可能存在差異，為了便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析，需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式。將不同接收機(jī)記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的VLBI數(shù)據(jù)格式，確保數(shù)據(jù)的一致性和兼容性。在多臺(tái)站協(xié)同觀測(cè)的情況下，還需要對(duì)不同觀測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，形成完整的觀測(cè)數(shù)據(jù)集。通過(guò)精確的時(shí)間同步和數(shù)據(jù)匹配，將各觀測(cè)站在同一時(shí)間點(diǎn)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，保證數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性。在信號(hào)提取與分析階段，利用干涉測(cè)量原理對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出射電源的時(shí)延和時(shí)延率等關(guān)鍵信息。通過(guò)對(duì)不同觀測(cè)站接收到的射電信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，計(jì)算出信號(hào)到達(dá)各觀測(cè)站的時(shí)間差（時(shí)延）以及時(shí)延隨時(shí)間的變化率（時(shí)延率）。這些時(shí)延和時(shí)延率數(shù)據(jù)包含了觀測(cè)站之間的基線向量以及射電望遠(yuǎn)鏡到射電源方向的信息。在計(jì)算時(shí)，需要考慮多種因素對(duì)信號(hào)傳播的影響，如大氣延遲、地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)等，并進(jìn)行相應(yīng)的改正。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，采用合適的大氣延遲模型，如Saastamoinen模型、Hopfield模型等，對(duì)大氣延遲進(jìn)行改正；利用地球自轉(zhuǎn)參數(shù)和相對(duì)論效應(yīng)模型，對(duì)地球自轉(zhuǎn)和相對(duì)論效應(yīng)的影響進(jìn)行修正，提高時(shí)延和時(shí)延率計(jì)算的精度。參數(shù)解算是數(shù)據(jù)相關(guān)處理的核心環(huán)節(jié)之一，通過(guò)對(duì)提取的時(shí)延和時(shí)延率等信息進(jìn)行解算，得到測(cè)站坐標(biāo)、地球定向參數(shù)等重要結(jié)果。通常采用最小二乘原理和卡爾曼濾波算法等方法進(jìn)行參數(shù)解算。最小二乘原理通過(guò)最小化觀測(cè)數(shù)據(jù)與理論模型之間的誤差平方和，來(lái)求解未知參數(shù)，能夠有效地提高參數(shù)解算的精度?？柭鼮V波算法則是一種基于狀態(tài)空間模型的遞歸濾波算法，它能夠根據(jù)前一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)和當(dāng)前的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，適用于處理動(dòng)態(tài)變化的觀測(cè)數(shù)據(jù)，在地球定向參數(shù)解算中具有良