嫦娥四號VLBI群時延跳變研究?

蔣健華 劉慶會 鄭 鑫 鄧 濤

(1 中國科學(xué)院上海天文臺上海200030)(2 中國科學(xué)院大學(xué)北京100049)

1 引言

深空探測一般指對月球及以遠的地外天體進行空間探測的活動[1]. 它主要通過發(fā)射探測器來進行, 而探測器的跟蹤及精密測定軌在探測任務(wù)中占據(jù)重要地位, 是完成工程任務(wù)和科學(xué)探測的基礎(chǔ). 甚長基線干涉測量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技術(shù)是目前角分辨率最高的天文觀測技術(shù), 可以測定探測器的角位置, 它與視線方向的測距與測速方法聯(lián)合, 可以快速且精確地測定探測器在空間的位置和速度, 對于探測器的定位和定軌, 特別在探測器變軌、捕獲及下降著陸等關(guān)鍵弧段具有重要作用[2].

中國VLBI網(wǎng)(Chinese VLBI Network, CVN)執(zhí)行我國探月和深空探測的VLBI測定軌任務(wù), 嫦娥四號(CE-4)任務(wù)中, 它由4個VLBI測站即北京密云(BJ)站、云南昆明(KM)站、烏魯木齊(UR)站、上海天馬(TM)站和上海VLBI數(shù)據(jù)處理中心組成. VLBI測站的主要設(shè)備有: 天線(Antenna)、接收機(Receiver)、數(shù)據(jù)采集終端(Chinese Data Acquisition System, CDAS)、時間頻率(Time frequency)系統(tǒng)、氣象測量(Meteorological measurement)系統(tǒng)等; 數(shù)據(jù)處理中心主要設(shè)備為軟件相關(guān)處理機(Software correlator)、硬件相關(guān)處理機(Hardware correlator), 主要軟件有相關(guān)后(Post correlation)處理軟件、相時延(Phase delay)處理軟件、定位(Position determination)和定軌(Orbit determination)軟件, 其他配置項有觀測綱要(Task scheduling)、臺站監(jiān)管(Station monitoring)、實時VLBI數(shù)據(jù)傳輸(e-VLBI data transmission)、誤差修正(Medium correction)、運行管理(Operation management)等[2].

VLBI信號接收和數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示. CVN在執(zhí)行嫦娥四號任務(wù)時,各VLBI測站交替觀測河外射電源和探測器. 天線利用反射面將射電源或探測器發(fā)出的電波匯集起來, 聚焦至天線的饋源系統(tǒng), 饋源系統(tǒng)將射頻信號傳送至接收機進行放大. 放大后的射頻信號和基于氫鐘的本振信號進行混頻, 變換為中頻信號傳送至數(shù)據(jù)采集終端[2]; 終端對中頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣, 采樣后利用FPGA (Field Programmable Gate Array)進一步信號處理, 包括數(shù)字下變頻、提取基帶信號、格式封裝和協(xié)議封裝, 并發(fā)送給記錄設(shè)備. 利用e-VLBI技術(shù)將記錄的數(shù)據(jù)從觀測站傳至VLBI數(shù)據(jù)處理中心; 軟、硬件相關(guān)處理機對VLBI觀測數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理, 獲得互相關(guān)條紋. 后處理和相時延配置項從互相關(guān)條紋中, 利用帶寬綜合技術(shù)得到VLBI時延和時延率等基本觀測量, 并進行各項誤差改正. 改正的基本技術(shù)為求取各頻點的探測器和射電源的差分相位, 從而去除大氣時延、電離層時延和觀測裝置時延的大部分影響, 并進一步利用GPS (Global Positioning System)和氣象數(shù)據(jù)得到電離層和中性大氣時延予以精確修正. 利用誤差改正后的時延、時延率數(shù)據(jù)以及北京航天飛行控制中心(Beijing Aerospace Control Center, BACC)的測速測距數(shù)據(jù), 由定位和定軌系統(tǒng)對探測器進行軌道計算和定位歸算[2].

圖1 VLBI信號接收和VLBI數(shù)據(jù)處理流程圖(嫦娥四號用戶手冊)Fig.1 The flow chart of VLBI station signal reception and VLBI center data processing (CE-4 user manual)

嫦娥四號是世界上首個在月球背面軟著陸巡視探測的航天器[3]. 在VLBI測定軌任務(wù)中, 利用相時延配置項處理UTC (Coordinated Universal Time)時間2018年12月8日至29日著陸巡視器X波段DOR信號時, 發(fā)現(xiàn)殘余群時延偶爾存在跳變問題. 跳變分為兩種類型: 第1種是觀測弧段(scan)間跳變, 即整個scan的殘余群時延跳變; 第2種是scan內(nèi)跳變, 即scan內(nèi)部分殘余群時延跳變. 兩種跳變獨立發(fā)生、沒有共同出現(xiàn), 應(yīng)分別進行研究. 本文主要研究第2種跳變情況, 比如著陸巡視器的VLBI時延在UTC時間2018年12月10日出現(xiàn)跳變, 對應(yīng)觀測代碼為s8c10a. 本文中所涉及到的觀測時間均為UTC時間.

殘余群時延跳變會引起觀測量群時延測量誤差增大, VLBI測角準確度下降, 進而影響探測器的定位定軌精度. 后續(xù), 我國嫦娥五號、火星探測、木星探測等深空探測項目陸續(xù)開展. 解決殘余群時延跳變問題, 對完善VLBI測定軌系統(tǒng), 保障我國深空探測任務(wù)中探測器的精密測定軌, 具有重要意義.

根據(jù)VLBI信號接收和數(shù)據(jù)處理流程, 本文主要對VLBI數(shù)據(jù)處理中心相時延配置項數(shù)據(jù)和各測站記錄數(shù)據(jù)進行處理, 從相關(guān)相位、頻率、幅度和功率方面, 來尋找時延跳變的影響因素. 繼而通過修正異?；€相關(guān)相位, 研究殘余群時延跳變事后改正方法,并利用測定軌軟件驗證其有效性, 升級了相時延處理軟件.

2 時延分析

在嫦娥四號VLBI測定軌任務(wù)中, 采用?DOR (Delta-Differential One-way Ranging)型VLBI技術(shù), 即通過交替觀測河外射電源和探測器, 并利用射電源的相關(guān)相位改正探測器的相關(guān)相位, 從而大幅降低大氣、電離層、觀測裝置時延等公共誤差的影響[4–7].嫦娥四號DOR信號以載波頻率(Fc) 8470 MHz為中心, 分別調(diào)制±65 KHz的遙測信號、±0.5 MHz的測距信號、±3.8 MHz和±19.2 MHz的側(cè)音信號.

迄今為止, VLBI觀測量一般是群時延[8]. 在嫦娥四號著陸巡視器的VLBI觀測中, 利用帶寬4 MHz的4個通道分別記錄X波段DOR信號主載波Fc和Fc–19.2 MHz(?DOR2)、Fc?3.8 MHz (?DOR1)、Fc+19.2 MHz (+DOR2)的側(cè)音信號, 實際觀測中未記錄Fc+3.8 MHz (+DOR1)的側(cè)音信號. 在?DOR型VLBI技術(shù)中, 首先利用主載波、±65 KHz的遙測信號和±0.5 MHz的測距信號解算主載波通道的初始殘余群時延, 再以此為基礎(chǔ)并綜合考慮4個通道修正裝置內(nèi)部時延后的探測器各頻點相關(guān)相位, 利用修正后的4個頻點相關(guān)相位, 進行最小二乘擬合, 得到帶寬綜合殘余群時延. 然后通過大氣和電離層時延進一步修正帶寬綜合殘余群時延, 再加上幾何時延預(yù)測值, 最終得到探測器的帶寬綜合群時延.

利用上海天文臺相時延處理軟件分析嫦娥四號數(shù)據(jù)時, 著陸巡視器s8c10a數(shù)據(jù)存在scan內(nèi)時延跳變問題. 在相時延處理軟件中, 利用5 s基線相關(guān)相位進行時域積分并進行直線擬合得到一個殘余群時延數(shù)據(jù), 時延時間為這5 s的中間時刻. 因此每5 s輸出一個時延數(shù)據(jù), 文中的時延雖均用中間時刻來標(biāo)記, 但反映的是這5 s內(nèi)的時延情況. 跳變發(fā)生在2018年12月10日05:31:00左右, 而UR測站在當(dāng)日06:28:00才開始參與觀測探測器, 因此僅列出不包含UR測站的3條基線殘余群時延, 如圖2所示, 其中圖2 (a)列為殘余群時延的縮略圖, 圖2 (b)列為殘余群時延的放大圖.

跳變所在scan的時間段為05:29:00—05:31:59, BJ-KM和KM-TM基線殘余群時延出現(xiàn)跳變, 時延跳變幅度約為9 ns. 隨后殘余群時延在該scan內(nèi)恢復(fù)正常, BJ-TM基線殘余群時延正常. 在05:31:00之后, BJ-KM基線第17 s、22 s、27 s、32 s、37 s 5個時延數(shù)據(jù)跳變; 時延數(shù)據(jù)有兩部分缺失, 分別是跳變前第7 s、12 s和跳變后第42 s、47 s; 第52 s、57 s時延數(shù)據(jù)恢復(fù)正常. KM-UR基線第12 s、17 s、22 s、27 s、32 s、37 s 6個點時延跳變; 時延數(shù)據(jù)也有兩部分缺失, 分別是跳變前第7 s和跳變后第42 s、47 s; 第52 s、57 s時延數(shù)據(jù)恢復(fù)正常.

圖2 BJ-KM、BJ-TM和KM-TM基線殘余群時延, (a)列為縮略圖, (b)列是放大圖.Fig.2 The residual group delay of BJ-KM, BJ-TM and KM-TM baselines, column (a) is thumbnail view and column (b) is enlarged view.

3 時延跳變因素分析

本節(jié)利用相時延處理軟件以及3階鎖相環(huán)、快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)算法, 對s8c10a的互相關(guān)數(shù)據(jù)和各測站輸出數(shù)據(jù)進行處理, 得到VLBI數(shù)據(jù)的相關(guān)相位、頻率和幅度信息, 同時分析終端記錄的信號功率, 來研究時延跳變影響因素.

3.1 相關(guān)相位

利用相時延處理軟件處理互相關(guān)數(shù)據(jù)得到基線相關(guān)相位, 包括卷繞相關(guān)相位和解卷繞相關(guān)相位. 卷繞相關(guān)相位反映相時延處理軟件生成的初始相位數(shù)據(jù)質(zhì)量, 解卷繞相關(guān)相位則反映相位的趨勢變化情況.

3.1.1 卷繞相關(guān)相位

在相時延處理軟件中, 探測器卷繞相關(guān)相位的范圍是(?π, +π). 探測器4個頻點相關(guān)相位減去對應(yīng)頻率校準射電源初相得到修正裝置內(nèi)部殘余時延的探測器卷繞相關(guān)相位, 數(shù)據(jù)輸出間隔為1 s. 在發(fā)生跳變的scan, 以BJ-KM基線為例, 修正裝置內(nèi)部殘余時延的探測器卷繞相關(guān)相位如圖3所示.

圖3 BJ-KM基線各頻點信號的卷繞相關(guān)相位Fig.3 The wrap phase of BJ-KM baseline at each frequency point

在05:31:00之后, BJ-KM基線卷繞相關(guān)相位出現(xiàn)兩次缺失, 即第5–11 s和第41–46 s相關(guān)相位為零. KM-TM基線相關(guān)相位出現(xiàn)兩次缺失, 即第6–10 s和第41–46 s相關(guān)相位為零. 兩條基線卷繞相關(guān)相位為零導(dǎo)致殘余群時延缺失. 利用同樣方法分析未發(fā)生時延跳變的BJ-TM基線, 不存在相關(guān)相位跳變?yōu)榱愕那闆r.

3.1.2 解卷繞相關(guān)相位

利用相時延處理軟件處理互相關(guān)數(shù)據(jù), 得到修正裝置內(nèi)部殘余時延的探測器解卷繞相關(guān)相位. 在發(fā)生跳變的scan, 以BJ-KM基線為例, 解卷繞相關(guān)相位如圖4所示.

在卷繞相關(guān)相位等于零對應(yīng)時刻之后, 解卷繞相關(guān)相位異常. 主載波和DOR側(cè)音的相關(guān)相位出現(xiàn)跳變, 且每個頻點的相關(guān)相位跳變大小不同, 從而引起了殘余群時延的跳變. 每個頻點的相關(guān)相位變化趨勢相同, 時延跳變大小相對恒定.

圖4 BJ-KM基線各頻點信號的解卷繞相關(guān)相位Fig.4 The unwrap phase of BJ-KM baseline at each frequency point

3.2 頻率

分別利用3階鎖相環(huán)和FFT算法處理各測站終端記錄數(shù)據(jù), 得到兩組頻率. 前者精度高, 后者精度低. 但FFT算法得到的頻率可靠性更高, 可用來評估鎖相環(huán)跟蹤的頻率.以KM測站為例, 終端記錄的主載波數(shù)據(jù)頻率如圖5所示.

圖5 KM測站終端輸出信號頻率(a)及其殘差(b)Fig.5 The output frequency (a) and residual frequency (b) of KM station CDAS

圖5 (a)中紅色數(shù)據(jù)為利用FFT算法得到的頻率, 采樣率為8 MHz, FFT點數(shù)為8×106, 分辨率達到1 Hz, 頻率輸出間隔為1 s. 在該scan, KM測站終端輸出的主載波數(shù)據(jù)中有10個點FFT頻率發(fā)生跳變, 且跳變具有隨機性. 兩段跳變時間為: 第127–131 s, 即05:31:00之后的第6–10 s; 第162–166 s, 即05:31:00之后的第41–45 s. 跟蹤KM測站終端輸出的?DOR2、?DOR1和+DOR2數(shù)據(jù), 側(cè)音頻率跳變的情況與主載波相同.KM測站記錄數(shù)據(jù)頻率跳變時間與時延缺失時間相同. 利用相同算法處理BJ和TM測站終端記錄的主載波、?DOR2、?DOR1和+DOR2數(shù)據(jù), FFT求得的頻率沒有出現(xiàn)跳變.

圖5 (a)中黑色數(shù)據(jù)為利用3階鎖相環(huán)跟蹤得到的頻率, 每秒輸出1000個頻率數(shù)據(jù);圖5 (b)為對3階鎖相環(huán)跟蹤的頻率進行4次多項式擬合得到的殘差. 各測站的VLBI信號頻率擬合殘差均小于3 Hz, 沒有出現(xiàn)明顯跳變. 主要原因是3階鎖相環(huán)跟蹤頻率的精度高, 在數(shù)據(jù)處理過程中剔除了頻率粗差.

3.3 幅度

利用第3.2節(jié)中的FFT算法處理各測站終端記錄的原始數(shù)據(jù), 得到數(shù)據(jù)長度為1 s的幅度信息, 即在這1 s內(nèi)各頻點幅度與最大幅度的相對值. 在發(fā)生跳變的scan, 以KM測站第50 s (05:29:49)、127 s (05:31:06)、132 s (05:31:11)為例, 得到的主載波數(shù)據(jù)幅度譜如圖6所示.

圖6 KM測站第50 s、127 s、132 s輸出的主載波信號幅度譜Fig.6 The 50 s, 127 s and 132 s Fc signal amplitude spectrum of KM station

在該scan第127–131 s和第162–166 s, KM測站終端輸出的主載波數(shù)據(jù)和側(cè)音數(shù)據(jù)的幅度極低, 信號數(shù)據(jù)極少, 且時間與時延缺失時間相同. 以第127 s為例, 得到的主載波數(shù)據(jù)幅度譜如圖6 (b)所示. 在該scan第132–161 s, KM測站終端輸出的主載波數(shù)據(jù)和側(cè)音數(shù)據(jù)的幅度均小于正常值, 且時間與時延跳變的時間相同. 以第132 s為例, 得到的主載波數(shù)據(jù)幅度譜如圖6 (c)所示. 在該scan其他時間段, KM測站終端輸出的主載波數(shù)據(jù)和側(cè)音數(shù)據(jù)正常. 以第50 s為例, 得到的主載波數(shù)據(jù)幅度譜如圖6 (a)所示. 利用相同算法處理BJ和TM測站終端輸出的主載波和側(cè)音數(shù)據(jù), 幅度正常.

3.4 功率

本文第3.2和3.3節(jié)對頻率和幅度的研究表明, BJ、TM測站記錄數(shù)據(jù)正常, KM測站記錄數(shù)據(jù)存在異常. KM測站由天線、接收機、數(shù)據(jù)采集終端、時間頻率系統(tǒng)、氣象測量系統(tǒng)等組成. 嫦娥四號VLBI測定軌任務(wù)中, KM測站的數(shù)據(jù)由主終端采集, 同時搭配一個備用終端, 用于進一步驗證主終端的可靠性以及在主終端出現(xiàn)異常時代替其進行正常工作. 終端的日志(log)文件主要記錄A/D (Analogue to Digital)單元輸出數(shù)字信號各通道的相對功率, 即各通道功率與總通道功率的相對值. 在跳變scan, 具體功率如圖7所示, 主要給出主載波和各側(cè)音所在4個通道的相對功率, 其中圖7 (a)表示主終端相對功率, 圖7 (b)表示備用終端相對功率.

圖7 主終端(a)和備用終端(b) A/D單元輸出數(shù)字信號所在通道的相對功率Fig.7 The channels’ relative power of the digital signal output from the A/D unit of the master (a) and backup (b) CDAS

在時延數(shù)據(jù)缺失的對應(yīng)時間, KM測站數(shù)字信號通道相對功率異常, 比正常功率高6.5 dB左右, 約為正常功率的4.5倍. 在時延跳變的對應(yīng)時間, KM測站數(shù)字信號相對功率發(fā)生跳變, 比正常功率高1.3 dB 左右. 主備用終端A/D單元輸出數(shù)字信號通道相對功率跳變情況相同, 表明問題出現(xiàn)在終端A/D單元之前, 表現(xiàn)為KM測站模擬信號異常.

3.5 討論

理論上需要對KM測站終端A/D單元前各組成部分的信號逐一進行分析, 但在測站的信號處理流程中, 并未記錄天線及接收機輸出模擬信號的相關(guān)數(shù)據(jù), 僅記錄了測站終端A/D單元輸出數(shù)字信號各通道的相對功率, 無法進一步準確定位跳變因素. 對引起時延跳變的原因在本節(jié)做了如下簡要討論.

當(dāng)KM測站信號接收系統(tǒng)串入很強干擾信號時, 會引起數(shù)字信號通道功率過大, 進而導(dǎo)致終端數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)飽和, 不能有效記錄探測器信號數(shù)據(jù). KM測站終端輸出數(shù)據(jù)則表現(xiàn)為幅度極低、信號數(shù)據(jù)極少, 相關(guān)處理機無法進行互相關(guān)處理, 與KM測站相關(guān)的兩條基線的卷繞相關(guān)相位為零, 最終導(dǎo)致殘余群時延數(shù)據(jù)缺失. 當(dāng)KM測站信號接收系統(tǒng)有部分干擾信號串入時, 會導(dǎo)致終端記錄和傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)異常. KM測站終端輸出數(shù)據(jù)則表現(xiàn)為幅度低于正常值, 在互相關(guān)處理之后, 與KM相關(guān)的兩條基線的卷繞相關(guān)相位出現(xiàn)跳變, 最終導(dǎo)致殘余群時延跳變. 因此, 推測KM測站信號接收系統(tǒng)可能串入干擾信號, 導(dǎo)致了時延跳變.

根據(jù)VLBI測站信號處理流程, 氣象測量系統(tǒng)主要用于中性大氣、電離層的時延改正, 與殘余群時延跳變無關(guān). 時間頻率系統(tǒng)主要提供測站基準頻率和時間, 分析包含跳變時間段的30 min的鐘速信息, 臺站監(jiān)管時每30 s記錄一次, 結(jié)果表明數(shù)據(jù)正常、無跳變. 因此, KM測站接收系統(tǒng)其他組成部分如接收機系統(tǒng)、饋源艙至觀測室的電纜傳輸部分等, 可能串入干擾信號. 執(zhí)行嫦娥四號任務(wù)時, 各測站接收機放置于饋源艙, 終端放置在觀測室, 接收機輸出的中頻信號通過饋源艙至觀測室的電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集終端.

嫦娥四號任務(wù)結(jié)束后, 在2020年5月8日和7月17日分別完成了對KM、BJ測站饋源艙至觀測室約100 m長電纜的更換, 并整理了原先較為凌亂的電路走線. 更換和整理電纜之后, 截至2020年10月10日, 在VLBI 測定軌試驗和任務(wù)中, 與KM、BJ測站相關(guān)的基線未再出現(xiàn)時延跳變問題. UR和TM測站信號接收系統(tǒng)工作穩(wěn)定, 相關(guān)基線出現(xiàn)時延跳變的情況較少. 因此, 推測饋源艙至觀測室的電纜部分極有可能串入干擾信號, 進而導(dǎo)致了時延跳變. 根據(jù)VLBI測站信號處理流程, 從接收機輸出到終端的信號頻率較高, 約數(shù)百MHz, 因此電磁兼容的設(shè)計水平對信號質(zhì)量有較大影響. 在測站更換電纜之前, 可能由于電纜等電器件的老化以及走線凌亂等原因, 造成了電路走線之間的串?dāng)_. 比如不同走線之間存在電勢差, 而走線之間又存在分布式電容, 這樣走線之間的信號就會產(chǎn)生較大的串?dāng)_.

此外, 在我國火星探測任務(wù)中, 還對昆明測站的接收機變頻系統(tǒng)進行了更新, 同時安裝了新的前置型終端, 即把新終端安裝于饋源艙內(nèi), 直接數(shù)字化, 后續(xù)我們將繼續(xù)關(guān)注是否還有時延跳變問題出現(xiàn).

4 跳變時延改正及定軌軟件評定

4.1 殘余群時延改正方法研究

VLBI殘余群時延是由相關(guān)相位對頻率直線擬合給出的. 根據(jù)第3.1.2節(jié)中對解卷繞相關(guān)相位的分析, 時延跳變時間段的解卷繞相關(guān)相位異常, 該scan其他時間段的解卷繞相關(guān)相位正常. 在異常段, 主載波和DOR各側(cè)音解卷繞相關(guān)相位整體跳變. 跳變大小雖不同, 但依然保留正常段的變化趨勢, 跳變相關(guān)相位與理論相關(guān)相位存在一個常數(shù)差.因此, 可通過調(diào)整解卷繞跳變相關(guān)相位來改正殘余群時延. 優(yōu)化后的調(diào)整常數(shù)如下式:其中,δ為調(diào)整常數(shù)的優(yōu)化衡量指標(biāo), ?φA為調(diào)整段起始相關(guān)相位與跳變前最鄰近正常相關(guān)相位的差值, ?φB為調(diào)整段最末相關(guān)相位與跳變后最鄰近正常相關(guān)相位的差值,φA為跳變前最鄰近的正常相關(guān)相位,φA′為跳變起始時刻的相關(guān)相位,φB′為跳變結(jié)束時刻的相關(guān)相位,φB為跳變后最鄰近的正常相關(guān)相位, ?φ為異常段相關(guān)相位的調(diào)整常數(shù).

分別求解異常段的主載波和DOR側(cè)音解卷繞相關(guān)相位的優(yōu)化調(diào)整常數(shù), 利用調(diào)整后的相關(guān)相位進行帶寬綜合, 得到改正后的殘余群時延. 將s8c10a改正前后的殘余群時延進行對比, 跳變的殘余群時延得到修正, 如圖8所示. 其中圖8 (a)表示改正前殘余群時延, 圖8 (b)表示改正后殘余群時延.

圖8 BJ-KM、BJ-TM和KM-TM基線的殘余群時延, (a)列為改正前的結(jié)果, (b)列為改正后的結(jié)果.Fig.8 The residual group delay of BJ-KM , BJ-TM and KM-TM baselines, column (a) is the original result and column (b) is the corrected result.

4.2 定軌軟件精度評定

利用上海天文臺VLBI定軌軟件[9–10], 對嫦娥四號s8c10a殘余群時延改正前后的數(shù)據(jù)進行分析. 各基線定軌后的VLBI時延殘差如圖9所示, 其中圖9 (a)表示時延跳變改正前的定軌時延殘差, 圖9 (b)表示時延跳變改正后的定軌時延殘差.

圖9 BJ-KM、BJ-TM和KM-TM基線的測定軌殘差, (a)列為改正前的結(jié)果, (b)列為改正后的結(jié)果.Fig.9 The orbital residual of BJ-KM, BJ-TM and KM-TM baselines, column (a) is the original result and column (b) is the corrected result.

對定軌后的VLBI時延殘差進行直線擬合, 得到擬合后的RMS (Root Mean Square)值. BJ-KM基線時延跳變改正前RMS值為0.9037 ns, 時延跳變改正后RMS值為0.2491 ns; BJ-TM基線時延跳變改正前RMS值為0.1823 ns, 時延跳變改正后RMS值為0.1341 ns; KM-TM基線時延跳變改正前RMS值為0.9731 ns, 時延跳變改正后RMS值為0.2242 ns. 時延跳變改正后, 定軌殘差直線擬合的RMS值明顯減小, 定軌精度得到提高, 驗證了第4.1節(jié)scan內(nèi)殘余群時延跳變改正方法的可行性.

5 結(jié)論

本文對嫦娥四號VLBI測定軌任務(wù)中scan內(nèi)殘余群時延發(fā)生跳變的數(shù)據(jù)進行研究,主要從相關(guān)相位、頻率、幅度和功率方面, 分析了VLBI數(shù)據(jù)處理中心相時延配置項的數(shù)據(jù)以及各測站終端的記錄數(shù)據(jù), 最終發(fā)現(xiàn)KM測站模擬信號異常導(dǎo)致scan內(nèi)殘余群時延跳變. 利用上述分析結(jié)果, 研究scan內(nèi)殘余群時延跳變事后改正方法, 嘗試通過調(diào)整異常段的基線相關(guān)相位, 得到改正后的殘余群時延. 利用上海天文臺定軌軟件處理改正前后的時延數(shù)據(jù), 驗證殘余群時延事后改正方法的可行性, 同時升級了上海天文臺相時延處理軟件.