[發明專利]數字天頂儀旋轉軸解算方法

有效

• 申請號: 201110406263.9
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102521506A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張華偉;艾貴斌;魏代永;林麗
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第二炮兵裝備研究院第五研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 中國人民解放軍第二炮兵專利服務中心 11040
• 代理人: 肖進

技術領域

本發明屬于大地天文測量技術領域，特別涉及數字天頂儀。

背景技術

數字天頂儀由光學望遠鏡、CCD成像裝置、旋轉平臺、調平裝置、傾斜測量儀、控制及守時裝置、測量數據處理軟件、筆記本電腦和儀器架設裝置等構成。其中，CCD成像裝置和望遠鏡安裝在旋轉平臺上，可以旋轉望遠鏡在不同方位拍攝恒星；調平裝置用于自動調平儀器，并通過高精度的傾斜測量儀測量拍攝瞬間的儀器傾斜；控制及守時裝置用于儀器的調平、旋轉、曝光、數據傳輸的控制及精確時間信號的提供；測量數據處理軟件主要完成恒星影像的量測、恒星識別、觀測星表制作、恒星位置計算、天文定位解算及觀測成果管理等工作。

利用數字天頂儀進行天文定位觀測，其觀測流程如下：

a)架設儀器，并利用圓水準器進行概略整平；

b)筆記本電腦向控制裝置發出自動調平命令，在開始第一次拍攝前控制儀器進行精調平；

c)筆記本電腦向控制裝置發出觀測命令，控制儀器在某初始望遠鏡方位拍攝恒星，拍攝完畢后傳輸觀測數據至筆記本電腦；

d)依次旋轉45°，在其他七個望遠鏡方位拍攝恒星，并傳輸觀測數據；

e)將望遠鏡回轉至初始方位，準備下一周的觀測；

f)根據c)-d)的觀測流程，按規定的觀測周數進行天文攝影觀測；

g)操作測量數據處理軟件進行數據處理，實時解算出測站天文經緯度。

數字天頂儀望遠鏡一般采用折反式望遠鏡設計方案以減小儀器長度和重量，其成像原理請參見附圖。其中O為望遠鏡光心；OZ軸為光軸；O_zc為光軸在CCD平面上的像主點；O_c-xy是以CCD像元的行與列方向為準建立的CCD平面坐標系，O_c為CCD平面的左下角點；OZ軸與天頂的交點O_z為天頂點，P為北極方向，坐標系O_z-ηξ是以天頂點O_z為基準建立的天球切平面坐標系(理想坐標系)，O_zη軸指向正北方向，O_zξ軸指向正東方向。

從無窮遠射入望遠鏡的光線OS，經過望遠鏡后成像在CCD平面上的s點處，其反向延長線交坐標平面O_z-ηξ于T點。則入射光線OT和出射光線Os間的函數關系就是望遠鏡的成像模型。

對于小視場的天頂儀望遠鏡，成像模型一般采用天體攝影測量學中的底片常數模型。建立成像模型的基本方法是：采用最小二乘數據擬合的方式建立恒星理想坐標和星像點CCD平面坐標的函數關系式。

底片常數模型可以是將星像點的理想坐標(η，ξ)表示為CCD坐標(x，y)的函數形式，也可以是將星像點的CCD坐標(x，y)表示為理想坐標(η，ξ)的函數形式。下面以前者為例進行說明。

考慮底片模型受大氣折射、望遠鏡畸變、CCD平面安裝誤差、CCD坐標度量比例誤差、剪切角誤差，CCD噪聲、恒星量測誤差等的影響，通過試驗采取不同的擬合模型。一般可以采用的擬合模型有仿射變換模型(6參數)、投影變換模型(8參數)，在視場較大的情況下甚至可以采用12參數的二次模型或者20參數的三次模型。

a)仿射變換模型(6參數)

該模型基本表達式為

η=a1+b1x+c1yξ=a2+b2x+c2y---(1)]]>