VLBI測量原理與應用

　　摘 要：隨著測量技術的不斷發展，VLBI技術得到了較為廣泛的應用，本文結合其原理，分析探討了該種測量方法的應用，以及在我國的應用進行了闡述。
　　關鍵詞：測量；VLBI；原理；應用
　　中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　VLBI即甚長基線干涉的測量，就是把幾個小望遠鏡聯合起來，達到一架大望遠鏡的觀測效果。這是因為，雖然射電望遠鏡能“看到”光學望遠鏡無法看到的電磁輻射，從而進行遠距離和異常天體的觀測，但如果要達到足夠清晰的分辨率，就得把望遠鏡的天線做成幾百公里甚至地球那么大。
　　VLBI測量的主要采用原子鐘控制的高穩定度的獨立本振系統和磁帶記錄裝置；由兩個或兩個以上的天線分別在同一時刻接收同一射電源的信號，各自記錄在磁帶上；然后把磁帶一起送到處理機中，進行相關運算，求出觀測值。這種干涉測量方法的優點是基線長度原則上不受限制，可長達幾千公里，因而極大地提高了分辨率。其原理圖如下：
　　VLBI測量原理圖
　　甚長基線干涉的測量值包括：干涉條紋的相關幅度；射電源同一時刻輻射的電磁波到達基線兩端的時間延遲差(簡稱時延)，延遲差變化率(簡稱時延率)。相關幅度提供有關射電源亮度分布的信息，時延和時延率提供有關基線(長度和方向)和射電源位置(赤經和赤緯)的信息。所得的射電源的亮度分布，分辨率達到萬分之幾角秒，測量洲際間基線三維向量的精度達到幾厘米，測量射電源的位置的精度達到千分之幾角秒。在分辨率和測量精度上，與其他常規測量手段相比，成數量級的提高。目前，用于甚長基線干涉儀的天線，是各地原有的大﹑中型天線，平均口徑在30米左右，使用的波長大部分在厘米波段。最長基線的長度可以跨越大洲。
　　1 VLBI測量的基本原理
　　射電源輻射出的電磁波，通過地球大氣到達地面，由基線兩端的天線接收。由于地球自轉，電磁波的波前到達兩個天線的幾何程差(除以光速就是時間延遲差)是不斷改變的。兩路信號相關的結果就得到干涉條紋。天線輸出的信號，進行低噪聲高頻放大后，經變頻相繼轉換為中頻信號和視頻信號。在要求較高的工作中，使用頻率穩定度達10 的氫原子鐘，控制本振系統，并提供精密的時間信號，由處理機對兩個“數據流”作相關處理，用尋找最大相關幅度的方法，求出兩路信號的相對時間延遲和干涉條紋率。如果進行多源多次觀測，則從求出的延遲和延遲率可得到射電源位置和基線的距離，以及根據基線的變化推算出的極移和世界時等參數。參數的精度主要取決于延遲時間的測量精度。因為，理想的干涉條紋僅與兩路信號幾何程差產生的延遲有關，而實際測得的延遲還包含有傳播介質(大氣對流層﹑電離層等)﹑接收機﹑處理機以及鐘的同步誤差產生的隨機延遲，這就要作大氣延遲和儀器延遲等項改正，改正的精度則關系到延遲的測量精度。目前延遲測量精度約為0.1毫微秒。
　　兩臺使用獨立本振信號的射電望遠鏡A和B同時對某一射電源進行觀測，利用射電干涉測量原理測定信號到達A，B兩站的時間延遲t以及延遲率，從而精確的測定基線向量及從射電望遠鏡至射電源的方向的一整套方法和技術稱為甚長基線干涉測量。
　　某一時刻射電望遠鏡A和B同時對某星體進行測量。由于星體距離地球至少數萬光年，故從同一射電源發出的到達A和B的信號可視為相互平行。信號的波前即為垂直于信號傳播方向的一個平面。也就是說當射電信號到達望遠鏡B的同時在經過時間t到達望遠鏡A，將t稱為時間延遲