一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法，其特征在于，包括以下步骤：多功能天文经纬仪采用转轴观测、短曝光采集多幅恒星像；根据多功能天文经纬仪的特点，计算理想情况下的子午圈测纬的星径曲率改正；考虑仪器方位差影响，计算非理想状态下测纬的星径曲率改正公式，能够提高天文纬度测定值的精度。定值的精度。定值的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法


[0001]本专利技术属于天体测量仪器与天文数据处理计算领域，具体地说，涉及一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法。

技术介绍

[0002]多功能天文经纬仪是一台口径为30cm的小型天文望远镜，在观测恒星时，通过实时测定和消除仪器的各种误差，得到高精度的天文经纬度测定值，以保证为地震预报提供前兆信息的可靠性。该仪器在进行数据处理时，测时和测纬是分别进行的。测时平差是采用不同天顶距被测星过子午圈的记录时刻，作与记录时刻有关的各种仪器误差修正后，求解得到钟差(或观测站的天文经度)和方位差。方位差是反映仪器瞬时指向的一种误差，不能直接测定，可在测时平差中求解出来。测纬平差则是采用被测星过子午圈时刻的天顶距记录值，并做各种与天顶距相关的仪器误差修正得到视天顶距，进而求解出天文纬度测定值。可见，反应仪器原理和结构水平的就在于如何测定和修正这些误差。在测时、测纬时候必须做修正的各项误差改正中，只有星径曲率改正是不依赖于测定值的，它是根据观测流程安排，推导相关公式并计算得到。
[0003]当仪器方位差较大时，其对纬度测定值的影响会增大，高赤纬星的影响尤为明显(经估算，当方位差为10时秒时，赤纬70
°
的恒星，其星径曲率改正项可达0.1角秒的量级)。故而，为保证仪器的高精度，必须做子午圈测纬的星径曲率改正。
[0004]因此，有必要提供一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术针对多功能天文经纬仪结构特点、数据处理方法以及观测流程安排，提供了一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法，能够提高天文纬度测定值的精度。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、多功能天文经纬仪采用转轴观测、短曝光采集多幅恒星像；
[0008]步骤2、根据多功能天文经纬仪的特点，计算理想情况下的子午圈测纬的星径曲率改正；
[0009]步骤3、考虑仪器方位差影响，计算非理想状态下测纬的星径曲率改正公式，提高天文纬度测定值的精度。
[0010]可选地，所述步骤1中的多功能天文经纬仪采用转轴观测、短曝光采集多幅恒星像，具体为：当一颗被测星星像通过视场中垂线之前开始连续露光，用主光路终端CCD相机先得到50幅人造星像，再得到100幅恒星像，随后将仪器上盘及其以上部分，绕方位轴旋转180
°
，同时将镜筒随着高度轴旋转至预置天顶距2倍的角度，再次指向被测星开始连续露光，也得到100幅恒星像和50副人造星像。
[0011]可选地，所述步骤2中的根据多功能天文经纬仪的特点，计算理想情况下的子午圈测纬的星径曲率改正，具体为：
[0012]步骤2.1、转轴前后所有露光图像上的被测星在天球上的对应位置，全部对称于多功能天文经纬仪的子午圈排列，以观测者为天球的中心o，x轴指向西点，z轴指向观测点的天顶，x、y、z三轴满足右手坐标系法则；σσ为周日平行圈，A为子午面，B、F和C、E分别为对称于子午面的平行平面；周日平行圈σσ与平面E、F、A、B、C的交点分别为：σ
n
、σ1、σ0、σ-1
、σ-n
。σ0为星过子午圈时的位置，多功能天文经纬仪在转轴前后各进行n次观测，则会有n对平行于子午面的平行平面，它们与周日平行圈亦有对称于σ0的n对交点；
[0013]星径曲率的基本改正公式为：
[0014][0015]其中，k为星径曲率改正值，δ为恒星视赤纬；本多功能天文经纬仪采用CCD相机连续短曝光的方式采集多幅恒星图像，第i副图像的露光时刻为t
i
，其星像相对于子午面的角距为：
[0016]σ
o
σ
i
＝(t
i-T0)*15
″
*cosδ，
ꢀꢀꢀ
(2)
[0017]其中，T0为恒星过子午圈的时刻，角距的单位为角秒；
[0018]利用转换关系cos2δ*tanδ＝sin2δ/2，得第i副图像上的星径曲率改正值：
[0019]k
i
＝[(t
i-T0)*15
″
]2*sin1
″
*sin2δ/4
ꢀꢀꢀ
(3)
[0020]假设转轴时间为T，转轴前后各采集n幅图像，每副图像露光时间为Δt，取转轴的平均时刻T0为时间轴起算点，即星过子午圈的时刻，时间前进的方向为正向；
[0021]转轴前的平均露光时刻为则转轴后的平均露光时刻为按露光顺序排列，转轴前1～n幅恒星像的露光时刻t1～t
n
分别为：
[0022][0023]则转轴前第i副图像的露光时刻为：
[0024][0025]转轴后n+1～2n副恒星像的露光时刻t
n+1
～t
2n
分别为：
[0026][0027]则转轴后第j副图像的露光时刻为
[0028][0029]由于转轴观测能够消除零点误差，故而不单独计算转轴前第i副图像的星径曲率改正值，而是取转轴前第i副图像星像的时角和与其相对称的转轴后第(2n+1-i)副图像的恒星像的时角，计算出它们对应的星径曲率改正项的平均值：
[0030][0031]为压缩随机误差的影响，该被测星总的星径曲率改正项应取转轴前后所有图像所对应的星径曲率改正项的平均值：
[0032][0033]根据本仪器的观测流程，转轴时间T＝22s，转轴前后各采集的图像数n＝100副，每副图像露光时间为Δt＝45.44ms，将以上参数代入公式(7)中，得D＝79768，则星径曲率改正为：
[0034][0035]公式(8)就是在理想情况下，即测时的各种误差综合影响为零的情况下，测纬的星径曲率改正公式。
[0036]可选地，所述步骤3中的考虑仪器方位差影响，计算非理想状态下测纬的星径曲率改正公式，具体为：
[0037]对于非理想情况下的星径曲率改正，假设仪器方位差为a，时秒，由于被测星的方位系数：z为天顶距，为测站的纬度采用值；则对于每颗被测星，转轴前的平均露光时刻应为：
[0038][0039]转轴后的平均露光时刻应为：
[0040][0041]将仪器参数T＝22s，n＝100副，Δt＝45.44ms代入公式(4)、(5)(7)、(9)、(10)中，得：
[0042]D＝(198.7392+15
″
*a*A)2+(-198.7392+15
″
*a*A)2+774(11)
[0043]由公式(11)计算出中间参数D，代入公式(7)中，便可得到方位差影响下的子午圈测纬星径曲率改正项；在对测纬进行平差时，加入这一改正项。
[0044]与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能天文经纬仪子午圈测纬的星径曲率改正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、多功能天文经纬仪采用转轴观测、短曝光采集多幅恒星像；步骤2、根据多功能天文经纬仪的特点，计算理想情况下的子午圈测纬的星径曲率改正；步骤3、考虑仪器方位差影响，计算非理想状态下测纬的星径曲率改正公式，提高天文纬度测定值的精度。2.根据权利要求1所述的星径曲率改正方法，其特征在于，所述步骤1中的多功能天文经纬仪采用转轴观测、短曝光采集多幅恒星像，具体为：当一颗被测星星像通过视场中垂线之前开始连续露光，用主光路终端CCD相机先得到50幅人造星像，再得到100幅恒星像，随后将仪器上盘及其以上部分，绕方位轴旋转180
°
，同时将镜筒随着高度轴旋转至预置天顶距2倍的角度，再次指向被测星开始连续露光，也得到100幅恒星像和50副人造星像。3.根据权利要求1所述的星径曲率改正方法，其特征在于，所述步骤2中的根据多功能天文经纬仪的特点，计算理想情况下的子午圈测纬的星径曲率改正，具体为：步骤2.1、转轴前后所有露光图像上的被测星在天球上的对应位置，全部对称于多功能天文经纬仪的子午圈排列，以观测者为天球的中心o，x轴指向西点，z轴指向观测点的天顶，x、y、z三轴满足右手坐标系法则；σσ为周日平行圈，A为子午面，B、F和C、E分别为对称于子午面的平行平面；周日平行圈σσ与平面E、F、A、B、C的交点分别为：σ
n
、σ1、σ0、σ-1
、σ-n
。σ0为星过子午圈时的位置，多功能天文经纬仪在转轴前后各进行n次观测，则会有n对平行于子午面的平行平面，它们与周日平行圈亦有对称于σ0的n对交点；星径曲率的基本改正公式为：其中，k为星径曲率改正值，δ为恒星视赤纬；本多功能天文经纬仪采用CCD相机连续短曝光的方式采集多幅恒星图像，第i副图像的露光时刻为t
i
，其星像相对于子午面的角距为：σ
o
σ
i
＝(t
i-T0)*15
″
*cosδ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，T0为恒星过子午圈的时刻，角距的单位为角秒；利用转换关系cos2δ*tanδ＝sin2δ/2，得第i副图像上的星径曲率改正值：k
t

【专利技术属性】
技术研发人员：苏婕，张益恭，程向明，杨磊，王建成，陈林飞，冒蔚，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，
类型：发明
国别省市：