Ka波段天测与测地VLBI观测的利弊分析

发布时间：2019-12-02 14:49

【摘要】：分析了天测与测地甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)观测频率设置的必要性,重点分析了Ka波段观测的利弊。相比于X波段,Ka波段观测的优点包括河外源更致密、核移效应更小,更有利于提高射电天球参考架的实现精度以及与天体物理学全球天体测量干涉仪(global astrometric interferometer for astrophysics,Gaia)计划准惯性光学参考架的连接精度。在深空探测方面的优点表现为遥测数据率高,VLBI跟踪测量精度高,更有利于减小大气电离层和太阳等离子体对测量时延的不利影响。缺点包括河外源相对较弱,天线反射面精度和指向精度要求较高,大气吸收和辐射效应的影响更大等,但是这些因素所造成的系统灵敏度的降低有望通过高数据率采样而得到补偿。结合我国VLBI技术现状提出了发展建议。
【图文】：

大气窗口,电磁辐射,波长

用组合带通滤波器、超导滤波器等），造成测量时延误差显著增大，进而降低了Ｘ波段电离层附加时延的改正精度，并最终降低了ＩＣＲＦ、ＥＯＰ、ＩＴＲＦ等产品的精度。为此亟待改进天测与测地ＶＬＢＩ观测频率的设置。２国际天测与测地ＶＬＢＩ观测频率设置的发展地球大气中的各类粒子对来自外太空电磁辐射存在吸收和反射等效应，只有某些特定频率范围（波段）内的辐射才能全部或部分到达地面，称这些特定频率范围为大气窗口［８］。按所属频率范围的不同分为光学、红外和射电窗口等。图１为大气窗口随全频段电磁辐射波长的分布（ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／ｒａｄｉｏｗｉｎｄｏｗ）。纵轴大气遮光度为１００％时表示辐射被完全阻断，为０时表示可全部到达地面。射电窗口波长范围约１ｃｍ～１１ｍ，对应频率范围约３０ＧＨｚ～３０ＭＨｚ。图１大气窗口随电磁辐射波长的分布Ｆｉｇ．１ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＷｉｎｄｏｗＶｅｒｓｕｓｔｈｅＷａｖｅＬｅｎｇｔｈｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ为逐步摆脱Ｓ波段越来越严重的ＲＦＩ不利影响，国际上提出了下一代天测与测地ＶＬＢＩ观测频率设置的两种模式。一种模式为国际天测与测地ＶＬＢＩ服务（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＶＬＢＩＳｅｒｖｉｃｅｆｏｒＡｓｔｒｏｍｅｔｒｙａｎｄＧｅｏｄｅｓｙ，ＩＶＳ）提出的２ＧＨｚ～１８ＧＨｚ宽频模式，即ＶＬＢＩ２０１０技术标准［９，１０］，，强调４ｐｓ（皮秒，１×１０－１２ｓ）相时延测量；另一种模式为Ｓ／Ｘ／

河外射电源,观测频率,结构比较

遥测数据传输率和较高的ＶＬＢＩ跟踪测量时延精度［１２－１３］；有利于提高ＣＲＦ的实现精度和稳定性。４）自Ｊａｎｓｋｙ发现了银河系射电辐射至今，射电天文观测已积累了大量的观测数据和丰富的实践经验。遥远的河外射电源存在０．１ｍａｓ量级的核移现象［１４］，即随着射电观测频率的提高，辐射中心越来越接近于核心区域（中央黑洞），表现为辐射中心（核）随观测频率的位置变化。目前ＶＬＢＩ技术对河外射电源的定位精度已经达到０．０１ｍａｓ，因而核移效应是显著的。图２为河外射电源０４５８－０２０在Ｓ、Ｘ、Ｋ、Ｑ波段不同观测频率下的结构变化［１５］，自左至右各图形窗口的宽度依次约为６０、１６、６和３ｍａｓ，源结构最大角径约３０、１２、２和１．３ｍａｓ。可见随着观测频率的提高，源的结构越来越简单和致密。结合图１，Ｑ波段接近氧分子６０ＧＨｚ吸收线，Ｋ波段接近２２ＧＨｚ的水线，这将严重限制地面所能观测到的强辐射源的数量。Ｋａ波段介于Ｋ、Ｑ之间，源结构相对简单和致密，由图１可见所受大气吸收与反射影响较校综合考虑核移现象、源结构变化与致密性以及大气的影响，将天测与测地ＶＬＢＩ观测频率从Ｘ波段扩展至Ｋａ波段，显然有利于提高ＣＲＦ等产品的精度。图２河外射电源０４５８－０２０不同观测频率下的结构比较Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＣｏｍｐａｃｔｎｅｓｓＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＥｘｔｒａｇａｌａｃｔｉｃＲａｄｉｏＳｏｕｒｃｅ０４５８－０２０ａｔＶａｒｉｏｕｓＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ（５）

【相似文献】