[發(fā)明專利]一種多功能天文經(jīng)緯儀子午圈測(cè)緯的星徑曲率改正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011274725.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112378372B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇婕;張益恭;程向明;楊磊;王建成;陳林飛;冒蔚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)
• 主分類號(hào): G01C1/02
• 分類號(hào): G01C1/02;G01C25/00
• 代理公司: 北京權(quán)智天下知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11638
• 代理人: 王新愛(ài)

1.一種多功能天文經(jīng)緯儀子午圈測(cè)緯的星徑曲率改正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、多功能天文經(jīng)緯儀采用轉(zhuǎn)軸觀測(cè)、短曝光采集多幅恒星像；

步驟2、根據(jù)多功能天文經(jīng)緯儀的特點(diǎn)，計(jì)算理想情況下的子午圈測(cè)緯的星徑曲率改正；

步驟3、考慮儀器方位差影響，計(jì)算非理想狀態(tài)下測(cè)緯的星徑曲率改正公式，提高天文緯度測(cè)定值的精度；

所述步驟2中的根據(jù)多功能天文經(jīng)緯儀的特點(diǎn)，計(jì)算理想情況下的子午圈測(cè)緯的星徑曲率改正，具體為：

步驟2.1、轉(zhuǎn)軸前后所有露光圖像上的被測(cè)星在天球上的對(duì)應(yīng)位置，全部對(duì)稱于多功能天文經(jīng)緯儀的子午圈排列，以觀測(cè)者為天球的中心o，x軸指向西點(diǎn)，z軸指向觀測(cè)點(diǎn)的天頂，x、y、z三軸滿足右手坐標(biāo)系法則；σσ為周日平行圈，H為子午面，B、F和C、E分別為對(duì)稱于子午面的平行平面；周日平行圈σσ與平面E、F、H、B、C的交點(diǎn)分別為：σ_n、σ₁、σ₀、σ_-1、σ_-n；σ₀為星過(guò)子午圈時(shí)的位置，多功能天文經(jīng)緯儀在轉(zhuǎn)軸前后各進(jìn)行n次觀測(cè)，則會(huì)有n對(duì)平行于子午面的平行平面，它們與周日平行圈亦有對(duì)稱于σ₀的n對(duì)交點(diǎn)；

星徑曲率的基本改正公式為：

其中，k為星徑曲率改正值，δ為恒星視赤緯；本多功能天文經(jīng)緯儀采用CCD相機(jī)連續(xù)短曝光的方式采集多幅恒星圖像，第i副圖像的露光時(shí)刻為tⁱ，其星像相對(duì)于子午面的角距為：

σ₀σ_i=(tⁱ-T₀)*15″*cosδ， (2)

其中，T₀為恒星過(guò)子午圈的時(shí)刻，角距的單位為角秒；

利用轉(zhuǎn)換關(guān)系cos²δ*tanδ＝sin2δ/2，得第i副圖像上的星徑曲率改正值：

kⁱ＝[(tⁱ-T₀)*15″]²*sin1″*sin2δ/4 (3)

假設(shè)轉(zhuǎn)軸時(shí)間為T(mén)，轉(zhuǎn)軸前后各采集n幅圖像，每副圖像露光時(shí)間為Δt，取轉(zhuǎn)軸的平均時(shí)刻T₀為時(shí)間軸起算點(diǎn)，即星過(guò)子午圈的時(shí)刻，時(shí)間前進(jìn)的方向?yàn)檎颍?/p>

轉(zhuǎn)軸前的平均露光時(shí)刻為則轉(zhuǎn)軸后的平均露光時(shí)刻為按露光順序排列，轉(zhuǎn)軸前1～n幅恒星像的露光時(shí)刻t¹～tⁿ分別為：

則轉(zhuǎn)軸前第i副圖像的露光時(shí)刻為：

轉(zhuǎn)軸后n+1～2n副恒星像的露光時(shí)刻tⁿ⁺¹～t²ⁿ分別為：

則轉(zhuǎn)軸后第j副圖像的露光時(shí)刻為

由于轉(zhuǎn)軸觀測(cè)能夠消除零點(diǎn)誤差，故而不單獨(dú)計(jì)算轉(zhuǎn)軸前第i副圖像的星徑曲率改正值，而是取轉(zhuǎn)軸前第i副圖像星像的時(shí)角和與其相對(duì)稱的轉(zhuǎn)軸后第(2n+1-i)副圖像的恒星像的時(shí)角，計(jì)算出它們對(duì)應(yīng)的星徑曲率改正項(xiàng)的平均值：

為壓縮隨機(jī)誤差的影響，該被測(cè)星總的星徑曲率改正項(xiàng)應(yīng)取轉(zhuǎn)軸前后所有圖像所對(duì)應(yīng)的星徑曲率改正項(xiàng)的平均值：

根據(jù)本儀器的觀測(cè)流程，轉(zhuǎn)軸時(shí)間T＝22s，轉(zhuǎn)軸前后各采集的圖像數(shù)n＝100副，每副圖像露光時(shí)間為Δt＝45.44ms，將以上參數(shù)代入公式(7)中，得D＝79768，則星徑曲率改正為：

公式(8)就是在理想情況下，即測(cè)時(shí)的各種誤差綜合影響為零的情況下，測(cè)緯的星徑曲率改正公式；

所述步驟3中的考慮儀器方位差影響，計(jì)算非理想狀態(tài)下測(cè)緯的星徑曲率改正公式，具體為：

對(duì)于非理想情況下的星徑曲率改正，假設(shè)儀器方位差為a，時(shí)秒，由于被測(cè)星的方位系數(shù)：z為天頂距，為測(cè)站的緯度采用值；則對(duì)于每顆被測(cè)星，轉(zhuǎn)軸前的平均露光時(shí)刻應(yīng)為：

轉(zhuǎn)軸后的平均露光時(shí)刻應(yīng)為：

將儀器參數(shù)T＝22s，n＝100副，Δt＝45.44ms代入公式(4)、(5)、(7)、(9)、(10)中，得：

D＝(198.7392+15″*a*A)²+(-198.7392+15″*a*A)²+774(11)

由公式(11)計(jì)算出中間參數(shù)D，代入公式(7)中，便可得到方位差影響下的子午圈測(cè)緯星徑曲率改正項(xiàng)；在對(duì)測(cè)緯進(jìn)行平差時(shí)，加入這一改正項(xiàng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星徑曲率改正方法，其特征在于，所述步驟1中的多功能天文經(jīng)緯儀采用轉(zhuǎn)軸觀測(cè)、短曝光采集多幅恒星像，具體為：當(dāng)一顆被測(cè)星星像通過(guò)視場(chǎng)中垂線之前開(kāi)始連續(xù)露光，用主光路終端CCD相機(jī)先得到50幅人造星像，再得到100幅恒星像，隨后將儀器上盤(pán)及其以上部分，繞方位軸旋轉(zhuǎn)180°，同時(shí)將鏡筒隨著高度軸旋轉(zhuǎn)至預(yù)置天頂距2倍的角度，再次指向被測(cè)星開(kāi)始連續(xù)露光，也得到100幅恒星像和50副人造星像。