[發明專利]以天體位置作為標校基準的三維空間方向角測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201210479252.8
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN103837126A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 施滸立
• 申請（專利權）人: 施滸立
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

1.一種以天體位置作為標校基準的三維空間方向角測量裝置及方法，其特征在于，所述裝置由天體敏感器、光學望遠鏡、方位俯仰軸架、多個傳感器、控制器和底座組成，其中：

方位俯仰軸架，包括有俯仰軸架和方位軸架，俯仰軸架的俯仰軸和方位軸架的方位軸相互正交安置；方位軸架的一端安置于底座中；方位軸架的另一端與俯仰軸架連接，這樣俯仰軸位于方位軸的上方；

光學望遠鏡安置在俯仰軸架上，光學望遠鏡在白天用于觀測和測量目標，獲取目標的位置信息；

天體敏感器安裝在光學望遠鏡的鏡筒上方；天體敏感器的主光軸與光學望遠鏡的主光軸平行，使天體敏感器與光學望遠鏡鏡筒的指向角一致；天體敏感器和光學望遠鏡一起繞俯仰軸架中的俯仰軸和方位軸架中的方位軸轉動，天體敏感器用于感知夜晚天空中恒星和行星的位置，這樣就能利用恒星和行星的位置作為空間位置測量的標校基準，提高光學望遠鏡的指向精度；

多個傳感器包括水準器、磁傳感器、電子傾斜儀和GPS定位模塊；其中：

水準器置于底座上，用于為底座獲取水平基準面；

磁傳感器位于方位軸架上，用于為底座上的方位軸架的水平面提供正南或正北指向基準；

電子傾斜儀位于俯仰軸架上，用于為俯仰軸架中的俯仰軸提供俯仰角度量基準；

GPS定位模塊位于方位軸架上，用于為三維空間方向角測量裝置提供在地心地固坐標系中的位置；

控制器的輸入輸出端分別與天體敏感器、光學望遠鏡、俯仰軸架和方位軸架的輸入輸出端連接，控制器控制俯仰軸架的俯仰軸和方位軸架的方位軸轉動，控制俯仰軸架帶動光學望遠鏡的鏡筒及其上的天體敏感器一起轉動；

在夜晚時對三維空間方向角測量裝置的軸位進行校正，校正時利用控制器控制方位俯仰軸架轉動，使天體敏感器觀測到天體，利用天體敏感器中的小于毫角秒精度的天體位置星表查找出觀測到的天體位置數據，結合由GPS定位模塊測量到的觀測點在地心地固坐標系中的位置數據進行計算，得到觀測點對觀測到的天體的理論指向角；再對照方位俯仰軸架上的軸位顯示器顯示的觀測到的天體的方位角和俯仰角，得到天體觀測的方位角和俯仰角的偏差，并將天體觀測方位角和俯仰角的偏差存儲到控制器內的存儲芯片中；這樣當再控制方位俯仰軸架轉動時，利用存儲在控制器內的存儲芯片中的方位角和俯仰角指向偏差值，修正轉動的方位俯仰軸架及光學望遠鏡主軸線的指向，即利用天體觀測方位角和俯仰角的偏差修正三維空間方向檢測裝置的軸角精度，使三維空間方向角裝置能實現亞角秒級精度的三維空間指向角的觀察、測量、校正和引導。

2.如權利要求1所述的三維空間方向角測量裝置，其特征在于，用XY軸架或赤經赤緯軸架替換所述方位俯仰軸架。

3.如權利要求1所述的三維空間方向角測量裝置，其特征在于，所述的天體敏感器除了安裝在光學望遠鏡的鏡筒上方外，還可以安裝在俯仰軸架的俯仰軸的軸頭上。

4.如權利要求1所述的三維空間方向角測量裝置，其特征在于，

在俯仰軸架的俯仰轉動方向，俯仰軸能提供0至90度的連續指向轉動；

在方位軸架的方位轉動方向，方位軸能提供0至360度的連續指向轉動；從而為光學望遠鏡鏡筒的光軸和天體敏感器的光軸提供半空域的指向覆蓋。

5.如權利要求1所述的三維空間方向角測量裝置，其特征在于，所述天體敏感器中成像的器件采用CCD器件或CMOS器件中的一種。

6.如權利要求1所述的三維空間方向角測量裝置，其特征在于，控制器與天體敏感器、光學望遠鏡和方位俯仰軸架的連接方式采用無線傳輸方式或有線傳輸方式。

7.如權利要求1所述的三維空間方向角測量裝置，其特征在于，僅由天體敏感器、控制器和GPS定位模塊組成方向角測量組件，用于對已具有俯仰軸、方位軸和軸位檢出顯示單元的被監測設備做三維空間的方向角檢測，這時直接將測量組件安裝到被監測設備的俯仰軸上的光學望遠鏡的鏡筒上方或安裝到被監測設備的天線俯仰軸的軸端上，其中天體敏感器主視線應與光學望遠鏡鏡筒的主視線或微波天線電軸主視線方向平行；通過轉動天體敏感器得到不同角度情況下的多于三個方向的指向角，但三個觀測方向要拉開角度間隔，這時所述裝置可作為天文導航儀，用于測量得到所述裝置的位置坐標。