[發明專利]一種對存在天頂盲區的兩軸旋轉系統指向誤差的修正方法

有效

• 申請號: 202010810237.1
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111947648B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 鄭奕;吳兆祥;梁斌;王海
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

本發明公開了一種對存在天頂盲區的兩軸旋轉系統指向誤差的修正方法，包括：步驟1，確定兩軸旋轉系統指向范圍；步驟2，誤差采集：獲得誤差在球環上的分布；步驟3，模型擬合：將誤差采集中得到的指向范圍內均勻分布的誤差數據，通過球環函數使用最小二乘法進行擬合，得到擬合系數；步驟4，指向誤差補償：將球環函數模型和相關的擬合系數，放入指向控制系統，進行補償。本發明的方法，適用于存在天頂盲區的各種兩軸旋轉系統的指向誤差修正，修正精度高；且該模型穩定性強，對噪聲不敏感。

技術領域

本發明屬于精密定位和指向領域，具體涉及一種對存在天頂盲區的兩軸旋轉系統指向誤差的修正方法，包括確定指向范圍、誤差采集、使用球環函數對誤差進行擬合和修正。

背景技術

兩軸旋轉系統具有結構緊湊、可靠性高、配置靈活等優點，在許多領域有著廣泛的應用，比如光學和射電望遠鏡、機載光電平臺、光電經緯儀和激光通信等領域。由于加工精度、裝配誤差等原因，兩軸旋轉系統的指向讀數與理想位置之間總會存在一定的差異，這就是指向誤差。兩軸旋轉系統的指向誤差會將限制光學望遠鏡對目標的觀測和跟蹤能力，降低射電望遠鏡獲取的信號強度，影響經緯儀測角和測距的精度。兩軸旋轉系統指向誤差的校正，可以通過建立指向誤差模型的方式來實現。選取一定數量能夠反映誤差分布的樣本目標，得到目標位置和實際的指向位置，然后建立一個能夠反映指向誤差與目標位置關系的數學模型，求解模型系數，得到指向誤差模型。

實際工程中，兩軸旋轉系統的方位軸和高度軸的速度是有限的，當跟蹤目標接近天頂位置時，方位軸角速度和加速度逐漸增大，遠超過最高速度，因此兩軸旋轉系統不可避免地產生了指向跟蹤的天頂盲區。大型射電望遠鏡的天頂盲區可達10度。目前的指向模型都未對天頂盲區進行處理，存在困難：

(1)球諧函數模型：球諧函數是球面上的完備正交函數集，但兩軸旋轉系統的指向范圍不是完整的球面。指向范圍外數據的缺失導致計算不穩定，擬合的結果對測量噪聲極為敏感，使用效果不佳。

(2)球冠函數模型：球冠函數模型一定程度上改善了上述問題，但仍然沒有解決天頂盲區內誤差數據的缺失，因此計算不穩定的問題仍然存在。

(3)基本參數模型：基本參數模型需要根據具體的兩軸旋轉系統的誤差來源建立相應的指向誤差修正模型，修正模型的建立依靠工程師的經驗，指向修正的精度有限制，也沒有對天頂盲區進行妥當的處理。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種對存在天頂盲區的兩軸旋轉系統指向誤差的修正方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種對存在天頂盲區的兩軸旋轉系統指向誤差的修正方法，包括：

步驟1，確定兩軸旋轉系統指向范圍：根據兩軸旋轉系統的盲區范圍得到指向范圍的最小的天頂角θ_min；根據兩軸旋轉系統觀測范圍，得到最大的天頂角θ_max，確定指向的球環區域；

步驟2，誤差采集：對于天文觀測類雙軸旋轉系統，首先在星表中選取均勻分布的恒星或射電源進行跟蹤觀測，得到恒星的理論位置和測量位置，將測量位置和理論位置相減，得到誤差分布；對于機載光電平臺等小型雙軸旋轉系統，用激光跟蹤儀測量，求得誤差在球環上的分布；

步驟3，模型擬合：將誤差采集中得到的指向范圍內均勻分布的誤差數據，通過球環函數使用最小二乘法進行擬合，得到擬合系數；

步驟4，指向誤差補償：將球環函數模型和相關的擬合系數，放入指向控制系統，進行補償。

更進一步的，所述步驟1具體包括：

步驟1-1：根據兩軸旋轉系統的盲區范圍得到指向范圍的最小的天頂角θ_min；

步驟1-2：根據兩軸旋轉系統實際運行情況，得到指向范圍的最大天頂角θ_max；