20 世纪 80 年代以来,常规天体测量与大地测量甚长基线干涉测量(very long
baseline interferometry,VLBI)技术观测波段设置为 S、X 双频,中心频率分别约 2.3
GHz、8.4 GHz。S 波段主动发射技术在导航、通信等应用领域的普及对 VLBI 在 S 波段的
被动接收造成了越来越严重的干扰, 加之电子技术的长足发展和对 VLBI 产品需求精度的日
益提高,因此国际上提出了 VLBI2010 技术规范
[1]
。佘山 13 m 口径射电望远镜为新一代天
体测量与空间大地测量 VLBI 测站
[2]
配备有 2~14 GHz 宽频和 X/Ka 双频接收系统,方位最
高旋转速度设计为 12°/s、俯仰 6°/s,可实现快速换源、完成对空间的密集实测采样,有利
于大气附加延迟的参数化实测修正。目前,该射电望远镜正在进行设备测试和系统联调,
即将投入运行。
本文解析了佘山 13 m 口径射电望远镜的指向扫描数据,包括指向扫描与解析流程、
测量功率峰值拟合、测量功率积分时间的影响分析、指向改正模型的拟合参数设置等。所
得指向改正模型是望远镜后续系统改进与调试的依据,也是效率等系统指标测试的前提。
数据解析模型和处理流程的优化与固化可用于系统投入运行后的日常指向精度检核,还可
供类似工程测量参考。
1. 指向扫描与解析流程
指向精度是射电望远镜性能的重要指标之一,一般要求好于最高配置频率波束宽度的
1/10。对于佘山 13 m 口径射电望远镜,Ka 波段 32 GHz 时的指向精度约为 18 as。在射
电望远镜的设计、加工和安装调试过程中,一般均要求尽量确保方位俯仰座架下的方位轴
与俯仰轴垂直、电轴与天线几何轴重合等。但由于机械加工与安装误差、器件电性能缺陷
以及重力形变、温差变化等因素的存在,都会降低望远镜的指向精度。因而在投入运行之
前,必须标定望远镜的指向并建立指向改正模型。
检测和标定望远镜指向是一个逐步优化的过程,须统筹多种因素的复杂影响,可以从
机械结构、几何与光路等角度逐项开展检测
[3-9]
,也可藉由信标塔、经纬仪和北极星实测等
进行综合标定
[10-11]
。常用的综合标定方法为人造卫星法与河外射电源法
[8, 10, 12-16]
。计算给定
时刻测量目标的引导指向(如地平式的方位、俯仰),控制望远镜在理论指向附近扫描并
确定最大接收功率处的实际指向,进而获得实测指向与引导指向之差,以此作为实际指向
的修正。
人造卫星法的测量信噪比高,抗干扰能力强,但缺点是天区覆盖不佳,局限于卫星信
道的频率覆盖,只能作为望远镜指向的初步改正。与之对应,河外射电源法的信噪比较
低、易受外界干扰,但全天覆盖性与频率覆盖性俱佳,可实现望远镜指向的全天区高精度
标定。
河外射电源标定方法下的典型方式为十字扫描
[8, 15]
,可事先制定扫描方案,程控完成
扫描和数据采集,具有集系统合理、快速便捷于一体的鲜明特点。根据观测频率设置,选
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