劉 磊，鄭為民,2,3，張 娟，舒逢春,2,3，童鋒賢，童 力

1. 中國科學院上海天文臺, 上海 200030; 2. 中國科學院射電天文重點實驗室，江蘇 南京 210008； 3. 上海市導(dǎo)航定位重點實驗室，上海 200030

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中國VLBI網(wǎng)軟件相關(guān)處理機測地應(yīng)用精度分析

劉 磊1，鄭為民1,2,3，張 娟1，舒逢春1,2,3，童鋒賢1，童 力1

1. 中國科學院上海天文臺, 上海 200030; 2. 中國科學院射電天文重點實驗室，江蘇 南京 210008； 3. 上海市導(dǎo)航定位重點實驗室，上海 200030

為支持國際VLBI大地測量數(shù)據(jù)處理，中國VLBI網(wǎng)(CVN)軟件相關(guān)處理機完成了功能、性能升級，提高了信噪比，實現(xiàn)了以國際測地通用Mk4格式數(shù)據(jù)輸出結(jié)果，可以直接被VLBI通用測地后處理軟件用于時延數(shù)據(jù)解算。本文通過與國外軟件相關(guān)處理機DiFX的實測數(shù)據(jù)比對，系統(tǒng)地分析了CVN軟件處理機帶寬綜合殘余時延和時延率精度、帶寬綜合總時延和時延率精度、信噪比和VLBI站坐標解算值。數(shù)據(jù)顯示，CVN軟件相關(guān)處理機已經(jīng)達到了測地數(shù)據(jù)處理的精度要求，可以用于IVS國際聯(lián)測數(shù)據(jù)處理。

VLBI; 軟件相關(guān)處理機; 大地測量; 信噪比; 時延; 時延率

甚長基線干涉測量(very long baseline interferom-etry，VLBI)技術(shù)誕生于20世紀60年代。得益于氫原子鐘、現(xiàn)代通信、電子計算機等技術(shù)的快速發(fā)展以及觀測方法的進步，VLBI測量能力進展迅速，其測量精確度已經(jīng)達到亞毫角秒量級，是目前角分辨率最高的天文觀測技術(shù)[1]，在天體物理[2-3]、天體測量與大地測量(測地)[4]、深空探測[5-10]等多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

VLBI系統(tǒng)通過分布在全球不同位置的VLBI射電望遠鏡(臺站)，在一段時間內(nèi)連續(xù)地觀測一系列射電源，數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)處理后再進行條紋擬合，鐘差鐘速改正，大氣時延及電離層等傳播介質(zhì)補償，最終得到的觀測量可用于天文、測地及深空探測研究[1]。VLBI系統(tǒng)已被用于建立天球參考架。與基于恒星位置的參考架相比，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，被國際天文學聯(lián)合會(IAU)采納為國際天球參考架(International Celestial Reference Frame, ICRF)[11-12]。此參考架確定了天球坐標系統(tǒng)的零點以及方向，并提供了一系列參考點，以確定其他天體在參考架中的精確位置。在測地方面，VLBI技術(shù)可用于研究地球運動狀態(tài)變化和確定精確的時間系統(tǒng)，包括進動、章動、極移、世界時等。通過數(shù)年至數(shù)十年的長時間監(jiān)測臺站坐標的變化，還可分析地球板塊運動[13-14]。

近年來國際VLBI大地測量與天體測量服務(wù)組織(IVS)[15-16]提出了滿足VLBI2010技術(shù)標準的全球觀測系統(tǒng)VGOS(VLBI2010 global observing system)，以適應(yīng)未來天體測量與大地測量的高精度需求[17]。VGOS系統(tǒng)的預(yù)期目標是：2020年后，將在全球尺度上，實現(xiàn)臺站位置和地球定向參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測，24 h快速數(shù)據(jù)處理，VLBI臺站位置精度達到1 mm。這些目標的實現(xiàn)需要對現(xiàn)有VLBI系統(tǒng)進行全面升級，主要包括：采用直徑13 m左右的新型小口徑望遠鏡，通過在單位時間內(nèi)快速觀測更多的射電源(每個scan時間30 s左右)實現(xiàn)全天區(qū)更好的參考源覆蓋并獲得更高的天線參考點穩(wěn)定性；通過超寬帶接收機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以16～32 Gbps高數(shù)據(jù)采樣率增加小口徑天線觀測靈敏度。采用實時超寬帶軟件相關(guān)處理機、高速e-VLBI和自動化數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)以實現(xiàn)長期24 h不間斷觀測。

VLBI測地觀測與數(shù)據(jù)處理的基本流程是：①VLBI數(shù)據(jù)中心制定觀測綱要，確定觀測時間、臺站、頻率等；②臺站根據(jù)觀測綱要進行觀測，并將數(shù)據(jù)和日志文件傳到指定VLBI中心；③VLBI中心相關(guān)處理機完成相關(guān)處理，生成可見度數(shù)據(jù)，經(jīng)過相位校正、條紋擬合后，得到VLBI帶寬綜合時延和時延率，并生成專用數(shù)據(jù)庫格式；④通過測地軟件解算后，獲得臺站坐標、地球定向參數(shù)等測量結(jié)果。

相關(guān)處理是整個VLBI測地數(shù)據(jù)處理的重要步驟，具有數(shù)據(jù)密集和計算密集的特點。中國科學院上海天文臺使用自主研發(fā)的CVN(Chinese VLBI network)測地軟件相關(guān)處理機，已成功處理了數(shù)十次測地數(shù)據(jù)[18-19]。但是，由于該處理機采用探月工程的專用輸出格式等原因，與國際測地VLBI處理機輸出數(shù)據(jù)格式不兼容。為支持國際VLBI大地測量數(shù)據(jù)處理，CVN軟件相關(guān)處理機進行了功能、性能升級，實現(xiàn)了輸出結(jié)果的國際測地通用Mk4數(shù)據(jù)格式輸出，提高了信噪比，使處理機結(jié)果可直接被通用VLBI測地后處理軟件用于時延數(shù)據(jù)解算。本文以DiFX(distributed FX correlator)處理機[20-21]作為參照，系統(tǒng)比較了CVN軟件相關(guān)處理機測地時延(率)。分析表明，CVN軟件相關(guān)處理機測地數(shù)據(jù)精度與DiFX一致，可以用于IVS國際聯(lián)測的數(shù)據(jù)處理以及臺站站坐標解算。

1 軟件相關(guān)處理機

1.1 VLBI相關(guān)處理機原理

FX型(一條基線涉及的兩臺站信號先從時域到頻域做傅里葉變換，再交叉相乘)VLBI相關(guān)處理機的輸入是基線兩端臺站獲得的時域信號，輸出是臺站間互相關(guān)譜(稱為可見度函數(shù))。由圖1，F(xiàn)X型相關(guān)處理機數(shù)據(jù)處理流程所示，兩路信號進入相關(guān)處理機后首先按頻率通道進行解碼；然后根據(jù)預(yù)先計算的時延模型進行整數(shù)比特時延補償；經(jīng)過條紋旋轉(zhuǎn)及快速傅里葉變換后，信號從時域變換至頻域，并完成分數(shù)比特時延補償；最終兩路信號進行共軛相乘及累加積分，得到可見度數(shù)據(jù)。為完成精確的測地數(shù)據(jù)處理，對部分失效數(shù)據(jù)引入的誤差必須進行精細的數(shù)據(jù)有效率控制，對在記錄和傳輸過程中缺失的數(shù)據(jù)也需專門處理，并進行可見度函數(shù)幅度校正。

由于光速有限，射電源發(fā)出的信號波前在不同時刻分別到達兩個望遠鏡，二者的時間差被稱為VLBI時延，表示為

(1)

圖1 FX型相關(guān)處理機數(shù)據(jù)處理流程Fig.1 Data processing flow of FX type correlator

1.2CVN軟件相關(guān)處理機

根據(jù)不同實現(xiàn)方式，VLBI相關(guān)處理機可分為軟件處理機和硬件處理機兩類。近年來，基于通用CPU集群的軟件相關(guān)處理機因其開發(fā)和調(diào)試方便、配置靈活、擴展性強等特點，已經(jīng)成為VLBI相關(guān)處理機的主流形式。

CVN軟件相關(guān)處理機最早由中國科學院上海天文臺針對探月工程需求自主開發(fā)，已成功應(yīng)用于嫦娥1號、2號、3號和探月三期CE-5T1試驗，在一系列的月球探測器測定軌任務(wù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該相關(guān)處理機用C語言開發(fā)，運行于Linux集群，采用OpenMP和MPI實現(xiàn)并行，并使用IntelIPP庫進行加速。處理機具備實時相關(guān)處理功能，并支持探測器信號的快速條紋搜索。在探月工程中，CVN處理機輸出的可見度數(shù)據(jù)采用專用CVN格式，包含一個多維矩陣，能夠輸出各臺站、基線的自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)及輔助信息。

為支持“九五”國家重大科學工程——中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)(陸態(tài)網(wǎng))，在探月工程相關(guān)處理機基礎(chǔ)上研制的CVN測地軟件相關(guān)處理機系統(tǒng)[23]，已經(jīng)成功支持了國內(nèi)探月工程站坐標測量、陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)大量VLBI觀測資料處理。2012年后，上海VLBI相關(guān)處理機被接納為IVS相關(guān)處理機，準備承擔國際觀測數(shù)據(jù)處理任務(wù)。上海VLBI中心從2015年開始采用國外DiFX軟件相關(guān)處理機承擔常規(guī)的IVS國際數(shù)據(jù)處理任務(wù)，同時對CVN軟件處理機進行功能與性能升級，使其能夠輸出國際通用數(shù)據(jù)格式，并提高了輸出結(jié)果信噪比。

為支持測地數(shù)據(jù)的后處理，需要將CVN格式可見度數(shù)據(jù)結(jié)合時延模型、相位校正信號、鐘差鐘速等信息生成國際通用測地的Mk4格式，供測地數(shù)據(jù)后處理軟件HOPS(Haystackobservatorypostprocessingsystem)讀取并做條紋擬合。Mk4是VLBI處理機測地數(shù)據(jù)處理的輸出格式，由美國Haystack天文臺提出并作為HOPS的輸入格式。Mk4格式由一系列具有相同后綴的文件組成，有5種類型：

(1)root文件——對應(yīng)scan的整體信息，包括源名稱，觀測臺站，觀測時間，頻率通道，等等。

(2)type-1文件——相關(guān)處理機輸出的可見度數(shù)據(jù)。每條基線對應(yīng)一個文件。

(3)type-2文件——條紋擬合結(jié)果，包括不同頻段的帶寬綜合時延，單通道時延，時延率，信噪比等信息。每個type-1文件可以對應(yīng)多次擬合，根據(jù)擬合序號被保留為多個type-2文件。

(4)type-3文件——臺站信息，包括相位校正信號、時延模型，等等。

(5)type-4文件——日志信息，可選。

圖2顯示了CVN處理機生成Mk4測地格式數(shù)據(jù)示意圖。處理機采用專用軟件讀取輸出的可見度數(shù)據(jù)數(shù)組、job文件和vex文件，以及可選的相位校正信號文件，生成root文件、type-1和type-3文件。HOPS軟件包中的fourfit程序讀取Mk4格式進行條紋擬合，將條紋擬合結(jié)果，包括殘余時延(率)、總時延(率)、信噪比等輸出至type-2文件。

圖2 CVN處理機輸出Mk4格式示意圖Fig.2 Demonstration of CVN correlator output to Mk4 format

1.3DiFX軟件處理機

為便于判斷CVN處理機結(jié)果正確性，采用國外DiFX處理機作為對比的參考對象。DiFX是目前世界上應(yīng)用最廣泛的VLBI軟件相關(guān)處理機，由澳大利亞Swinburne大學、美國NRAO等聯(lián)合開發(fā)，支持天體物理、測地以及深空探測等多種應(yīng)用。DiFX采用C++語言，高度模塊化，運行于Linux集群，使用IntelIPP進行加速。上海VLBI中心已于2015年建立了基于DiFX的天文與測地VLBI數(shù)據(jù)相關(guān)處理平臺，目前已成功處理近30次IVS觀測數(shù)據(jù)，得到了IVS組織認可[24]?；诂F(xiàn)有的測地觀測數(shù)據(jù)，通過將CVN和DiFX處理結(jié)果在不同后處理階段進行比較，可分析驗證CVN處理機的輸出精度，為CVN處理機后續(xù)進行IVS數(shù)據(jù)處理做好準備。

2 CVN軟件相關(guān)處理機與DiFX輸出精度比較

(2)

帶寬綜合時延是條紋擬合時，分別綜合S頻段與X頻段所有頻率通道數(shù)據(jù)擬合出的時延，較準確地反映了S頻段與X頻段的群時延，在參數(shù)解算時作為觀測量使用。本文使用HOPS中的alist程序讀取條紋擬合結(jié)果，并從中提取每個scan每條基線擬合得到的帶寬綜合殘余時延和時延率、帶寬綜合總時延、時延率和信噪比等信息。通過比較同一批觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過兩個相關(guān)處理機后的擬合結(jié)果的差異** 本節(jié)所討論的時延、時延率、信噪比差異含義為對應(yīng)scan，波段和基線CVN結(jié)果減去DiFX結(jié)果的差值。，驗證了CVN軟件相關(guān)處理機的精度。在此基礎(chǔ)上，本文通過一次完整的測地觀測數(shù)據(jù)處理過程，比較了基于兩個處理機相關(guān)數(shù)據(jù)的VLBI臺站坐標解算結(jié)果，二者在誤差范圍內(nèi)一致。

2.1 帶寬綜合殘余時延和殘余時延率精度比較

帶寬綜合殘余時延和殘余時延率由條紋擬合程序根據(jù)可見度數(shù)據(jù)擬合得到，其擬合結(jié)果僅依賴于處理機的相關(guān)處理結(jié)果，是衡量處理機數(shù)據(jù)質(zhì)量最直接的指標。在輸入時延模型相同的情況下，兩個處理機的帶寬綜合殘余時延和殘余時延率可以直接進行比較。比較時采用了2014年IVS聯(lián)測數(shù)據(jù)，觀測代碼為k14349，共有挪威、中國(上海)、日本、德國4個臺站(Ny，Sh，Ts，Wz)，16個頻率通道。每個通道帶寬8MHz；觀測時長1h，共30個scan。其中Wz站記錄格式為Mark5a格式，其余3站為Mark5b格式。

本次處理使用的DiFX版本為2.4.1，其調(diào)用的IntelIPP庫版本為7.0。為精確比較殘余時延，兩個處理機需采用同樣的時延模型。為此，先將DiFX的時延模型替換為CVN的時延模型，然后再進行相關(guān)處理。DiFX的im文件中每個scan提供數(shù)個模型，彼此銜接，長度均為2min。CVN處理機每個scan提供一個模型，起始終止時刻與scan重合。替換時保持DiFX模型起始終止時刻不變，將CVN處理機的5次多項式系數(shù)變換到每個DiFX模型開始時刻。相關(guān)處理時兩處理機采用相同的設(shè)置，包括FFT點數(shù)、積分時間、鐘差鐘速等。在對兩處理機的輸出結(jié)果進行條紋擬合時，所有選項均采用fourfit默認設(shè)置，即采用相位校正信號自動調(diào)整和不剔除壞頻率通道。在進行比較時，剔除了所有帶有錯誤代碼以及數(shù)據(jù)質(zhì)量(QC，qualitycode)低于5的數(shù)據(jù)，并對兩處理機的結(jié)果按照scan和基線進行匹配。此處的“數(shù)據(jù)質(zhì)量”(QC)為fourfit程序?qū)l紋擬合結(jié)果做的一個評估，分為0—9共10個等級(數(shù)字越高擬合質(zhì)量越好)以及若干表示條紋擬合錯誤的字母。測地解算時通常采用數(shù)據(jù)質(zhì)量不小于5的結(jié)果。

圖3是帶寬綜合殘余時延差異隨信噪比的變化。虛線和實線分別對應(yīng)著X頻段和S頻段帶寬綜合殘余時延彌散的理論值，由如下公式給出[2]

(3)

式中，SSNR是信噪比；frms是對應(yīng)頻段的各頻率通道帶寬均方根，根據(jù)k14349的頻率配置，X頻段和S頻段分別為298.3MHz和50.9MHz。由于S頻段相比于X頻段頻率通道帶寬均方根較小，相同信噪比條件下，其對應(yīng)的帶寬綜合時延彌散較大。由圖中可以看出兩個處理機的帶寬綜合殘余時延差異隨著信噪比的增加而減小，并遠小于理論彌散值。圖中，X頻段和S頻段的帶寬綜合殘余時延的加權(quán)平均差異分別為0.02ps和0.74ps；彌散或加權(quán)均方根(weightedrootmeansquare，WRMS)分別為0.77ps和9.35ps。加權(quán)平均差異遠小于加權(quán)均方根，說明數(shù)據(jù)圍繞0值波動，無顯著系統(tǒng)性偏差。S頻段加權(quán)均方根差異超過9ps。此差異源于兩處理機實現(xiàn)細節(jié)的不同：Wz站數(shù)據(jù)采用Mark5a格式數(shù)據(jù)，DiFX輸出的最后一個積分周期結(jié)束時刻在scan結(jié)束時刻之后，而CVN軟件相關(guān)處理機所有積分周期均在scan范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致DiFX在處理某些scan數(shù)據(jù)時會比CVN處理機多輸出一個積分周期，條紋擬合時結(jié)果略有不同。

圖3 k14349帶寬綜合殘余時延差異隨信噪比變化Fig.3 Difference of multi-band residual delay for k14349 as a function of signal to noise ratio

圖4是殘余時延率隨信噪比的變化，同樣可以看出差異隨著信噪比的增加而減小，S頻段差異比X頻段要大，但是大部分在0.1ps/s之內(nèi)。

圖4 k14349殘余時延率差異隨信噪比變化Fig.4 Difference of multi-band residual delay rate as a function of signal to noise ratio

圖5展示了k14349觀測CVN處理機相對于DiFX處理機結(jié)果信噪比的差異，以百分比表示。二者大部分數(shù)據(jù)信噪比相對差異在0.5 %以內(nèi)。少量數(shù)據(jù)CVN結(jié)果相較于DiFX低約2 %。信噪比稍較低同樣是由于某些情況下DiFX會多輸出一個積分周期導(dǎo)致其對應(yīng)條紋擬合結(jié)果信噪比較CVN結(jié)果稍高。

CVN結(jié)果相對于DiFX結(jié)果的差異圖5 k14349信噪比的相對差異Fig.5 Difference of signal to noise ratio for k14349

2.2 帶寬綜合總時延和總時延率精度比較

可見度數(shù)據(jù)經(jīng)條紋擬合后，得到殘余時延(率)，通過將其與對應(yīng)時刻模型時延(率)，以及鐘差(速)相加，可以得到總時延(率)。本節(jié)比較所采用的原始數(shù)據(jù)為CVN組織的烏魯木齊南山站(Ur)改造后的站坐標測定試驗，觀測代碼為cn1502。北京密云、上海佘山、云南昆明和烏魯木齊南山4個CVN臺站參加(代號Bj，Sh，Km，Ur)，采用S/X雙頻共16個頻率通道，每通道帶寬8MHz；觀測時長24h，共227個scan。觀測數(shù)據(jù)分別用DiFX和CVN軟件相關(guān)處理機處理，各自采用獨立的時延模型。DiFX版本為2.3，其調(diào)用的IntelIPP庫版本為7.0，模型計算使用Calc9.1。CVN模型計算程序由上海天文臺研發(fā)，并與國際上的主流模型進行了比較[25]。相關(guān)處理時兩處理機采用相同的設(shè)置，包括FFT點數(shù)、積分時間、鐘差鐘速等。處理機結(jié)果采用fourfit做條紋擬合，兩組數(shù)據(jù)剔除的相同的壞頻率通道。

由于Bj站沒有注入相位校正信號，各臺站相位校正均采用手動模式，并對兩處理機數(shù)據(jù)對應(yīng)通道采用相同的校正值。這樣做的原因是，由于兩處理機所采用不同的時延模型導(dǎo)致殘余條紋的差異，基于兩組數(shù)據(jù)各自進行相位校正會導(dǎo)致一個恒定的相位差異，進而導(dǎo)致條紋擬合時各基線10ns量級的恒定時延差異。該恒定時延差異完全由于相位校正時不同的初相造成，不影響解算結(jié)果。為比較時延的彌散情況，擬合采用了相同的相位校正值，以獲得同樣的初始相位。本次觀測4個臺站均采用Mark5b格式記錄，不會出現(xiàn)上節(jié)中DiFX處理機某些scan比CVN處理機多輸出一個積分周期的情況。由于開發(fā)環(huán)境、任務(wù)劃分策略等算法實現(xiàn)細以及所采用時延模型的不同，兩個處理機的擬合結(jié)果以及臺站坐標解算結(jié)果不完全相同，但分析顯示結(jié)果在精度范圍內(nèi)一致。

圖6顯示了cn1502各基線精度差異。每幅圖從上到下依次是帶寬綜合總時延差異、總時延率差異、信噪比差異。由圖可知，WRMS與信噪比呈反相關(guān)關(guān)系，信噪比較低時WRMS較大。在本次觀測中，Ur站由于X頻段饋源兩個IF的極化均接反，導(dǎo)致Ur站與極化正確臺站的相關(guān)基線在X頻段上信噪均較低，普遍在20以下((f)、(j)圖)，但Sh站X頻段兩個IF的一個極化也接反，恰好與Ur站一致，導(dǎo)致對應(yīng)Sh-Ur基線X頻段信噪比反而較高，總的效果介于全部接反和全部正確之間(圖l)。除Ur站以外的其余基線X頻段信噪比較高，普遍高于20，對應(yīng)的WRMS均在3ps以內(nèi)((b)、(d)、(h)圖)。數(shù)據(jù)表明，兩個處理機計算的總時延率符合很好，差異通常在0.1ps/s以內(nèi)。

圖6 cn1502各基線精度差異比較Fig.6 Precision comparison of each baseline for cn1502

各分圖中從上到下依次為帶寬綜合總時延差異、總時延率差異和信噪比圖6 cn1502各基線精度差異比較(續(xù))Fig.6 Precision comparison of each baseline for cn1502(continude)

圖7展示了cn1502兩處理機結(jié)果數(shù)據(jù)信噪比的相對差異。由于參與相關(guān)的4個臺站均為Mark5b格式，兩處理機每個scan輸出有效積分周期個數(shù)基本相同，相較于k14349，信噪比的差異更小，基本集中在0.5%的范圍內(nèi)。

圖7 cn1502信噪比的相對差異Fig.7 Difference of signal to noise ratio for cn1502

2.3 臺站坐標解算精度比較

在完成cn1502后處理之后，將其導(dǎo)入vgosDB數(shù)據(jù)庫進行Ur臺站坐標解算。本次解算使用了最新的測地VLBI后處理軟件nuSolve0.2.2版本，由NASA/GSFC開發(fā)[26]。nuSolve解算的算法基于廣泛使用的傳統(tǒng)測地軟件CALC/SOLVE。由于借鑒了現(xiàn)代軟件工程的開發(fā)方法，更加注重用戶體驗，nuSolve安裝和使用均比CALC/SOLVE便捷。針對兩個處理機的輸出結(jié)果，nuSolve附帶的vgosDbMake程序?qū)l紋擬合得到的Mk4格式轉(zhuǎn)換為vgosDB版本1數(shù)據(jù)庫；vgosDbCalc程序調(diào)用Calc11生成vgosDB版本2數(shù)據(jù)庫；vgosDbProcLogs程序讀取4個臺站的log文件，生成vgosDB版本3數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫準備好之后，使用nuSolve將其分別導(dǎo)入，進行相同的數(shù)據(jù)操作，基本流程是：

(1) 選擇要導(dǎo)入的數(shù)據(jù)庫。

(2) 切換到單通道時延(SBdelay)，剔除壞數(shù)據(jù)點，逐基線調(diào)整跳秒。

(3) 切換到群時延(GRdelay)，解模糊度(ambig)。

(4) 解電離層改正值(IonoC)。

(5) 解大氣時延(zenithdelay)和臺站坐標(station)。兩組數(shù)據(jù)均選擇Sh站為參考站。

(6) 解基線鐘差(baselineclocks)。兩組數(shù)據(jù)均選擇Bj站為參考站。

(7) 解時間變化率(dUT1rate)、章動(nutation)。

(8) 做權(quán)重調(diào)整(reweighting)。

(9) 做數(shù)據(jù)修整(outliner)，首先剔除(elimination)模式，再恢復(fù)(restoration)模式，然后重復(fù)，直到?jīng)]有數(shù)據(jù)被剔除。

(10) 解算完成，生成解算報告。

對兩個處理機的對應(yīng)數(shù)據(jù)根據(jù)上述步驟進行了解算、評估(見表1)。解算過程中所涉及的觀測量均為時延，其中有效觀測量是指通過fourfit進行條紋擬合得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量在5—9之間的數(shù)據(jù)。表1顯示，兩組數(shù)據(jù)的觀測量數(shù)目及擬合質(zhì)量一致。由前文可知，兩處理機條紋擬合結(jié)果差異的均方差約10ps，小于解算結(jié)果的均方差(40ps)，即CVN處理機輸出結(jié)果的條紋擬合精度可以滿足解算的需要。本次解算主要關(guān)心Ur站坐標，兩組數(shù)據(jù)的解算結(jié)果X、Y、Z、U、E、N分量結(jié)果分別羅列于表2中。解算結(jié)果表明，在精度范圍內(nèi)，兩組數(shù)據(jù)對于Ur站坐標的解算結(jié)果無顯著差異。

表1 cn1502解算結(jié)果評估參數(shù)

表2 cn1502 解算Ur站坐標結(jié)果

3 結(jié) 論

為支持VLBI國際測地數(shù)據(jù)處理，CVN軟件相關(guān)處理機進行了升級改造。通過對CVN和DiFX軟件相關(guān)處理機的測地觀測結(jié)果的條紋擬合及站坐標解算，分析了CVN軟件相關(guān)處理機測地應(yīng)用精度。結(jié)果表明，兩處理機輸出的帶寬綜合殘余時延的加權(quán)平均差異無系統(tǒng)性偏差，S頻段加權(quán)均方差在10 ps之內(nèi)，X頻段加權(quán)均方差在1 ps以內(nèi)。S頻段帶寬綜合總時延差異的加權(quán)均方差在9 ps以內(nèi)，X頻段在信噪比較高時(大于20)加權(quán)均方差在3 ps以內(nèi)。殘余時延率和總時延率差異通常在0.1 ps/s以內(nèi)。信噪比差異通常在0.5%以內(nèi)。兩個處理機相關(guān)結(jié)果分別經(jīng)參數(shù)解算得到的烏魯木齊南山站坐標一致，差異在誤差范圍內(nèi)。綜合對比試驗數(shù)據(jù)可知，CVN軟件相關(guān)處理機已經(jīng)達到了測地數(shù)據(jù)處理要求，具備處理IVS國際聯(lián)測數(shù)據(jù)的能力。

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(責任編輯：叢樹平)

Precision Analysis of Chinese VLBI Network Software Correlator for Geodetic Applications

LIU Lei1,ZHENG Weimin1,2,3,ZHANG Juan1,SHU Fengchun1,2,3,TONG Fengxian1,TONG Li1

1. Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200030, China; 2. Key Laboratory of Radio Astronomy, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3. Shanghai Key Laboratory of Space Navigation and Positioning Techniques, Shanghai 200030, China

To support international VLBI geodetic data processing, Chinese VLBI Network (CVN) software correlator has been updated for better performance and more features, including geodetic Mk4 data format output and improvement of signal to noise ratios. After updating, the visibility output of the software correlator can be sent to the standard VLBI geodetic postprocessing software to derive observables. To verify the correlation result, we have carried out correlation with both CVN software correlator and the popular DiFX correlator by using the same data set. We have compared the derived multi-band residual delay/rate, total delay/rate, signal to noise ratio, and the solved VLBI site positions. The comparison results demonstrate that the CVN software correlator has achieved the required precision, and therefore it can be used for IVS geodetic data processing.

VLBI; software correlator; geodesy; signal to noise ratio; delay; delay rate

The National Natural Science Foundation of China (Nos. 11373061; 11303077; 11573057); The Shanghai Program of Shanghai Academic Research Leader (No. 14XD1404300); The Shanghai Outstanding Academic Leaders Plan; CAS Key Technology Talent Program; Ten Thousand Talent Program

LIU Lei (1984—), male, PhD, assistant researcher, majors in VLBI geodetic data processing, development of VLBI software correlator.

ZHENG Weimin

劉磊，鄭為民，張娟，等.中國VLBI網(wǎng)軟件相關(guān)處理機測地應(yīng)用精度分析[J].測繪學報，2017,46(7)：805-814.

10.11947/j.AGCS.2017.20160600. LIU Lei,ZHENG Weimin,ZHANG Juan,et al.Precision Analysis of Chinese VLBI Network Software Correlator for Geodetic Applications[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(7):805-814. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160600.

P228

A

1001-1595(2017)07-0805-10

國家自然科學基金(11373061; 11303077; 11573057); 上海市優(yōu)秀學術(shù)帶頭人項目(14XD1404300); 上海市領(lǐng)軍人才項目; 中國科學院關(guān)鍵技術(shù)人才項目; 國家萬人計劃

2016-11-22

劉磊(1984—)，男，博士，助理研究員，研究方向為VLBI測地數(shù)據(jù)處理與VLBI軟件相關(guān)處理機開發(fā)。

E-mail： liulei@shao.ac.cn

鄭為民

E-mail： zhwm@shao.ac.cn

修回日期： 2017-03-21