專利名稱：數(shù)字天頂儀旋轉(zhuǎn)軸解算方法
技術領域：
本發(fā)明屬于大地天文測量技術領域，特別涉及數(shù)字天頂儀。
背景技術：
數(shù)字天頂儀由光學望遠鏡、CXD成像裝置、旋轉(zhuǎn)平臺、調(diào)平裝置、傾斜測量儀、控制及守時裝置、測量數(shù)據(jù)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(zhuǎn)平臺上，可以旋轉(zhuǎn)望遠鏡在不同方位拍攝恒星；調(diào)平裝置用于自動調(diào)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(diào)平、旋轉(zhuǎn)、曝光、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂萍熬_時間信號的提供；測量數(shù)據(jù)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(shù)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(fā)出自動調(diào)平命令，在開始第一次拍攝前控制儀器進行精調(diào)平；c)筆記本電腦向控制裝置發(fā)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(shù)據(jù)至筆記本電腦；d)依次旋轉(zhuǎn)45°，在其他七個望遠鏡方位拍攝恒星，并傳輸觀測數(shù)據(jù)；e)將望遠鏡回轉(zhuǎn)至初始方位，準備下一周的觀測；f)根據(jù)c) -d)的觀測流程，按規(guī)定的觀測周數(shù)進行天文攝影觀測；g)操作測量數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，實時解算出測站天文經(jīng)緯度。數(shù)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0為望遠鏡光心；OZ軸為光軸；0Z。為光軸在C⑶平面上的像主點； 0c-xy是以CXD像元的行與列方向為準建立的CXD平面坐標系，Oc為CXD平面的左下角點； OZ軸與天頂?shù)慕稽cOz為天頂點，P為北極方向，坐標系Oz-Ii ξ是以天頂點Oz為基準建立的天球切平面坐標系(理想坐標系)，Oz η軸指向正北方向，Oz ξ軸指向正東方向。從無窮遠射入望遠鏡的光線0S，經(jīng)過望遠鏡后成像在C⑶平面上的s點處，其反向延長線交坐標平面Oz-η ξ于T點。則入射光線OT和出射光線Os間的函數(shù)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(shù)模型。建立成像模型的基本方法是采用最小二乘數(shù)據(jù)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(shù)關系式。底片常數(shù)模型可以是將星像點的理想坐標(η，ξ )表示為CXD坐標(x，y)的函數(shù)形式，也可以是將星像點的CXD坐標(x，y)表示為理想坐標(η，ξ)的函數(shù)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、CXD平面安裝誤差、CXD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(shù))、投影變換模型(8參數(shù))，在視場較大的情況下甚至可以采用12參數(shù)的二次模型或者20參數(shù)的三次模型。a)仿射變換模型(6參數(shù))該模型基本表達式為
權利要求
1. 一種數(shù)字天頂儀旋轉(zhuǎn)軸解算方法，包括以下步驟 A.建立不同方位觀測像片的成像模型對處于不同方位拍攝的像片I和III，根據(jù)曝光時刻、恒星星表參數(shù)及GJB6304-2008 《2000中國大地測量系統(tǒng)》附錄F和H中關于恒星地球坐標的計算模型，計算恒星地球坐標仏，約)經(jīng)過星像量測、識別得到每顆識別恒星的C⑶平面坐標(Xi，Yi)s ；設測站初始概略坐標為(Λ)，灼)，則下式可以算得每顆識別恒星的理想坐標(I，Ii),: cosφ0 tanφ -sinφ0 cos(/L, -/I0)
2.如權利要求1所述的數(shù)字天頂儀旋轉(zhuǎn)軸解算方法，其中A步驟中所述不同方位觀測像片為方位差180士 10°的觀測像片；A步驟中所用(6)式也可采用仿射變換模型或投影變換模型，在視場較大的情況下可以采用12參數(shù)的二次模型或者20參數(shù)的三次模型，解算二次或三次旋轉(zhuǎn)軸方程，采用牛頓迭代法。
3.一種數(shù)字天頂儀旋轉(zhuǎn)軸解算方法，包括以下步驟a.建立不同方位觀測像片的成像模型對處于不同方位拍攝的像片I和III，根據(jù)曝光時刻、恒星星表參數(shù)及GJB6304-2008 《2000中國大地測量系統(tǒng)》附錄F和H中關于恒星地球坐標的計算模型，計算恒星地球坐標 (；1,,仍1;經(jīng)過星像量測、識別得到每顆識別恒星的C⑶平面坐標(Xi，Yi)s ；設測站初始概略坐標為(Λ,外)，則下式可以算得每顆識別恒星的理想坐標(I，Ii),:—cos爐。tan仍一sin爐。cosi^ -A0) TJj =Cos^0 cos(/l( -A0)+ sin ^0 tan ^(11)^ =_Sin(^--A0)_1 cos φ0 cosQ -々)+ sin φ0 tan φ 分別對處于不同方位拍攝的像片I和III，利用最小二乘方法建立成像模型如下\Χ· = Fir1',ξ') W11=Fh'''^)(12)b.建立旋轉(zhuǎn)軸解算方程并計算其理想坐標設旋轉(zhuǎn)軸的理想坐標為(I，ξ》，則根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的公共特性建立旋轉(zhuǎn)軸解算方程組 ^{ηΓ,ξ,) = Fi^r,ξ,)Gl(Jljr) = G加丄)(13)解此方程組，得旋轉(zhuǎn)軸理想坐標(I，ξ》；c.計算旋轉(zhuǎn)軸地球坐標通過下式計算得旋轉(zhuǎn)軸的地球坐標(人，禮；)tan(Ar-A0) =-^- cos 外-T7rSin 灼(18)= + ^ C0S^ COS^-Λ)COS^0 -ηΓ Sin^0d.旋轉(zhuǎn)軸的迭代計算利用計算得到的旋轉(zhuǎn)軸坐標(毛，隊)更新測站概略坐標(々,外)，重新進行以上旋轉(zhuǎn)軸解算，通常迭代3 5次即可獲得滿意的結果。
4.如權利要求3所述的數(shù)字天頂儀旋轉(zhuǎn)軸解算方法，其中a步驟中所述不同方位觀測像片為方位差180士 10°的觀測像片；a步驟中所用(1 式也可采用仿射變換模型或投影變換模型，在視場較大的情況下可以采用12參數(shù)的二次模型或者20參數(shù)的三次模型，解算二次或三次旋轉(zhuǎn)軸方程，采用牛頓迭代法。
全文摘要
本發(fā)明屬于大地天文測量技術領域，特別涉及數(shù)字天頂儀。其技術方案是一種數(shù)字天頂儀旋轉(zhuǎn)軸解算方法，包括以下步驟A.建立對稱觀測像片的成像模型；B.建立旋轉(zhuǎn)軸解算方程并計算其CCD平面坐標；C.計算旋轉(zhuǎn)軸理想坐標和地球坐標；D.旋轉(zhuǎn)軸的迭代計算。經(jīng)實際實驗驗證，利用本發(fā)明能夠高精度地完成天頂儀定位中的旋轉(zhuǎn)軸解算，根據(jù)本發(fā)明設計的數(shù)字天頂儀初步達到了國家一等天文測量的精度水平(≤0.3″、mλ≤0.3″)；同時，不需要知道光學系統(tǒng)的焦距、像主點坐標以及畸變參數(shù)等內(nèi)參數(shù)，而這些內(nèi)參數(shù)正是利用光軸解算原理時難以精確標定的。由于采用擬合模型，能夠適應光學系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)的微小變化，使得系統(tǒng)在野外環(huán)境下更實用。
文檔編號G06F19/00GK102521506SQ20111040626
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者張華偉, 林麗, 艾貴斌, 魏代永 申請人:中國人民解放軍第二炮兵裝備研究院第五研究所