国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

一種ccd天頂望遠鏡地面快速天文定位的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法。該方法利用CCD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區的恒星進行兩次成像(兩次成像之間望遠鏡鏡筒繞旋轉軸旋轉180°)，通過對所拍攝的兩幅恒星圖像、對應的精確時間及傾斜儀數據進行處理，快速獲取觀測點的精確天文經緯度。與目前普遍使用的衛星定位方法相比，該方法具有全自主性，可靠性高，隱蔽性好，工作安全，不受電磁干擾等優點。與現有的其它天文定位方法相比，該方法具有精度高的優點。同時該方法不需要進行選星，簡化了觀測流程，極大提高了觀測效率。彌補了傳統天文望遠鏡觀測復雜、效率低及需要觀測基墩，無法進行流動觀測的不足。該方法具有很好的發展與應用前景。
【專利說明】—種CCD天頂望遠鏡地面快速天文定位的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及天體測量領域，具體涉及一種地面快速天文定位的方法。
【背景技術】
[0002]隨著空間技術的發展，衛星定位被廣泛地應用于各個領域，甚至被作為唯一的定位手段。但是，衛星定位系統的特征是由特定信號以特定頻率發播特定格式的導航電文，導航信號極其微弱，極易受到攻擊和干擾。因此過度依賴衛星定位存在很大的危險性。
[0003]與衛星定位相比，天文定位僅被動地接受天體的輻射，具有可靠性高，隱蔽性好，工作安全，不受電磁干擾等優點，是一種不依賴其它手段的完全自主定位方式。天文定位在特殊情況下的安全性與重要作用是衛星定位定位系統無法比擬的，因而一直是各國繼續采用的導航定位手段之一。美、俄、英、法等軍事強國的軍艦及潛艇上一直在使用天文定位。
[0004]天文定位是通過天文觀測，確定觀測點鉛垂線的空間指向，即天文經緯度。利用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的基本原理是，在給定的時刻某觀測點天頂附近天區的恒星是確定的。觀測點位置、時間與恒星位置三者相互聯系。在時間與恒星位置已知的情況下，地面點的位置是唯一確定的。傳統的天文定位方法采用目視六分儀作為觀測設備，通過觀測某一時刻太陽或其它天體與海平線或地平線的夾角來確定觀測點的經緯度，但精度低，自動化程度低，無法滿足當前的定位需要。
[0005]隨著技術的發展，逐漸出現了自動化的星跟蹤器(星敏感器)和以射電源為觀測目標的射電六分儀。星跟蹤器的精度仍然較低，無法滿足高精度定位的需要。射電六分儀需要體積龐大、造價高的射電天線，且可用射電源數量少、射電源信號微弱，從而難以實現連續定位，定位精度低、定位保障不連續，直接影響射電天文定位技術的應用和發展。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種利用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法。
[0007]本發明提供的利用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，與當前普遍實用的衛星定位方法相比，具有全自主性，不受電磁干擾，可靠性高，隱蔽性好，工作安全等優點。因為，該方法僅被動接收恒星星光，恒星是時刻存在，且無法被干擾或破壞，而GPS、北斗等衛星定位系統則需要依賴人造衛星發射的無線電信號，衛星很容易受到攻擊，其發射的無線電信號極易受到干擾。
[0008]與其它天文定位方法相比，具有精度高的特點。其它天文定位主要有:星敏感器、六分儀、經緯儀等。但精度較低，國際上精度最高的星敏感器的精度約為I"(對應地面定位誤差約為30米)，六分儀的精度約為6" -12"(對應地面定位誤差約為180-360米)，經緯儀的觀測精度約為0.5"(對應定位誤差約為15米)。該發明采用天頂觀測模式，僅對觀測點天頂(地面一定鉛垂線方向與天空背景的交點)附近天區成像，最大限度減小了大氣折射的影響，提高了觀測精度。同時采用轉軸180°兩次成像觀測，消除了儀器準直差、CCD零點漂移。同時采用高精度傾斜儀檢測儀器的傾斜以進行傾斜改正，消除了儀器傾斜對觀測結果的影響。實驗表明，該方法的定位精度約為0.2"(對應定位誤差約為6米)。
[0009]與傳統天文望遠鏡的觀測相比，該發明的方法具有體積小便于流動觀測，不需要觀測基頓，觀測效率高的優點。傳統的天文望遠鏡體積龐大，十分笨重，僅能在固定點觀測，而且需要在觀測點建設觀測基墩。該發明的方法所用的儀器體積小，重量輕，易于流動觀測，同時不需要觀測基墩。同時傳統天文望遠鏡觀測時需要觀測綱要，只能在預訂的時間內觀測，且每次僅觀測一顆星，觀測效率低。該發明的方法可實時觀測，每次觀測幾十至上百顆星，采用多星綜合處理，極大提高了觀測效率，提高了觀測精度。
[0010]利用CXD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法包括觀測與數據歸算。觀測過程中具體步驟如下:
[0011]CXD天頂望遠鏡被安置在觀測點后，置平系統根據高精度傾斜儀數據對望遠鏡進行精確置平，使望遠鏡的水平狀態處于給定的范圍以內；
[0012]電控系統讀取高精度傾斜儀測量數據，并傳輸至計算機；
[0013]CXD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區進行第一次成像；
[0014]望遠鏡電控系統讀取原子鐘或無線電授時系統提供的秒脈沖信號及精確時間信息，以該秒脈沖作為CCD曝光觸發信號，CCD以給定的曝光時長曝光，同時電控系統將精確時間傳輸至計算機，第一次成像結束；
[0015]電控系統控制驅動系統驅動望遠鏡鏡筒(包括CXD相機)繞垂直軸旋轉180° ；
[0016]電控系統再次讀取高精度傾斜儀測量數據，并傳輸至計算機；
[0017]CXD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區進行第二次成像；
[0018]望遠鏡電控系統讀取原子鐘或無線電授時系統提供的秒脈沖信號及精確時間信息，以該秒脈沖作為CCD曝光觸發信號，CCD以給定的曝光時長曝光，同時電控系統將精確時間傳輸至計算機，第二次成像結束；
[0019]數據處理系統對兩次成像獲取的CCD圖像及各自成像時刻記錄的精確時間及傾斜儀數據進行處理，得到觀測點的天文經緯度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為CXD天頂望遠鏡地面快速天文定位觀測流程；
[0021]圖2為CXD天頂望遠鏡地面快速天文定位數據處理流程。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，本發明提供的天文定位方法包括以下步驟:
[0023]望遠鏡置平。將CCD天頂望遠鏡安置在觀測點后，置平系統根據高精度傾斜儀數據對望遠鏡進行精確置平，使望遠鏡的水平狀態處于給定的范圍以內。
[0024]對對觀測點天頂附近天區進行第一次成像。電控系統讀取高精度傾斜儀測量數據，并傳輸至計算機；CCD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區進行第一次成像；望遠鏡電控系統讀取原子鐘或無線電授時系統提供的秒脈沖信號及精確時間信息，以該秒脈沖作為CCD曝光觸發信號，CCD以給定的曝光時長曝光，同時電控系統將精確時間傳輸至計算機，第一次成像結束。
[0025]對觀測點天頂附近天區進行第二次成像。電控系統控制驅動系統驅動望遠鏡鏡筒(包括CCD相機)繞垂直軸旋轉180° ；電控系統再次讀取高精度傾斜儀測量數據，并傳輸至計算機；CCD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區進行第二次成像；望遠鏡電控系統讀取原子鐘或無線電授時系統提供的秒脈沖信號及精確時間信息，以該秒脈沖作為CCD曝光觸發信號，CCD以給定的曝光時長曝光，同時電控系統將精確時間傳輸至計算機，第二次成像結束。
[0026]數據處理系統對兩次成像獲取的CCD圖像及各自成像時刻記錄的精確時間及傾斜儀數據進行數據歸算處理，得到觀測點的天文經緯度。
[0027]如圖2所示，數據歸算過程包括:星像提取及星像質心計算、恒星視位置及格林尼治視恒星時計算、星圖識別、天頂點位置計算及望遠鏡傾斜改正。
[0028]詳細步驟如下:
[0029](1)星像提取及星像質心計算
[0030]在整幅圖像中搜索亮度值大于某一閾值的像素。若與該像素周圍的像素的灰度值同樣大于該閾值，則認為該像素及其周圍像素組成的區域為星像區域。
[0031]通過對星像區域內各個像素的灰度值做加權平均得到星像質心位置。
[0032](2)星表參考恒星視位置及格林尼治恒星時計算
[0033]星表中給出的是恒星在標準歷元下的平位置，在計算中要根據諸多時變因素的影響(主要包括恒星自行、歲差、章動、光行差、視差等)將該平位置轉換為觀測歷元視位置。
[0034]利用觀測時刻的UTC及觀測時刻的UTl計算格林尼治視恒星時。
[0035](3)參考星理想坐標計算
[0036](2)中所得恒星視位置是天球坐標系下的球面坐標，而CXD圖像中星像的位置是平面坐標。為確定星表參考星與星像之間的聯系，需建立參考星的理想坐標系，將參考星的赤道坐標投影到在天頂位置與天球相切的平面上，得到參考星在切平面中的理想坐標。
[0037](4)星圖匹配
[0038]在建立星像CXD圖像量度坐標與參考星理想坐標之間的函數轉換模型之前，需要進行星圖識別，確定星表中與CXD圖像中星像對應的參考星。根據CXD圖像中星像分布與星表中參考星的分布具有相似的幾何特征進行星圖識別。
[0039]首先利用四邊形星圖識別算法匹配出四顆亮星。計算CXD圖像量度坐標系與理想坐標系之間的初始轉換模型。根據所得的坐標轉換模型、CXD圖像中星像坐標及參考星理想坐標完成所有星的匹配。利用完成匹配的所有星的CXD圖像量度坐標及參考星的理想坐標，重新計算坐標轉換模型。為保證坐標轉換模型的精度，剔除殘差較大的星，重新計算坐標轉換模型。
[0040](5)天頂點的天文坐標計算
[0041]首先，假設天頂點在CXD圖像上的像點位于CXD圖像中心，即其圖像量度坐標為(0,0)。利用公式分別計算CXD圖像中心對應的理想坐標及赤道坐標。
{X = a,-\-hx^c,y
[0042]丨 I 17
[/ = Q1 +b2x + c2y
【權利要求】
1.一種使用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，包括以下步驟: 將CXD天頂望遠鏡置平； 電控系統讀取高精度傾斜儀測量數據，并傳輸至計算機； CCD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區進行第一次成像； 望遠鏡電控系統讀取原子鐘或無線電授時系統提供的秒脈沖信號及精確時間信息，以該秒脈沖作為CCD曝光觸發信號,CCD以給定的曝光時長曝光，同時電控系統將精確時間傳輸至計算機，第一次成像結束； 電控系統控制驅動系統驅動望遠鏡鏡筒(包括CCD相機)繞垂直軸旋轉180° ； 電控系統再次讀取高精度傾斜儀測量數據，并傳輸至計算機； CCD天頂望遠鏡對觀測點天頂附近天區進行第二次成像； 望遠鏡電控系統讀取原子鐘或無線電授時系統提供的秒脈沖信號及精確時間信息，以該秒脈沖作為CCD曝光觸發信號,CCD以給定的曝光時長曝光，同時電控系統將精確時間傳輸至計算機，第二次成像結束； 數據處理系統對兩次成像獲取的CCD圖像及各自成像時刻記錄的精確時間及傾斜儀數據進行數據處理，得到觀測點的天文經緯度。
2.如權利要求1所述的使用C⑶天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中將CXD天頂望遠鏡置平包括: 將CXD天頂望遠鏡安置在觀測點，置平系統根據高精度傾斜儀數據對望遠鏡進行精確置平，使望遠鏡的水平狀態處于給定的范圍以內。
3.如權利要求1所述的使用CXD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中數據處理包括星像提取及星像質心計算、恒星視位置及格林尼治視恒星時計算、參考星理想坐標計算、星圖識別、天頂點位置計算及望遠鏡傾斜改正。
4.如權利要求3所述的使用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中星像提取及星像質心計算包括以下步驟: 在整幅圖像中搜索亮度值大于某一閾值的像素； 對上述像素的灰度值做加權平均得到星像質心位置。
5.如權利要求3所述的使用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中恒星視位置及格林尼治視恒星時計算包括以下步驟: 根據觀測時刻的精確時間與星表數據將該星表中給出的恒星平位置轉換為觀測歷元視位置； 根據觀測時刻的精確時間計算格林尼治視恒星時。
6.如權利要求3所述的使用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，參考星理想坐標計算步驟如下: 將參考星的赤道坐標投影到在天頂位置與天球相切的平面上，得到參考星在切平面中的理想坐標。
7.如權利要求3所述的使用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中星圖識別包括以下步驟: 利用四邊形星圖識別算法匹配出四顆亮星； 計算CCD圖像量度坐標系與理想坐標系之間的初始轉換模型；根據所得的坐標轉換模型、C⑶圖像中星像坐標及參考星理想坐標完成所有星的匹配； 利用完成匹配的所有星的CXD圖像量度坐標及參考星的理想坐標，重新計算坐標轉換模型； 為保證坐標轉換模型的精度，剔除殘差較大的星，重新計算坐標轉換模型。
8.如權利要求3所述的使用CXD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中天頂點位置計算包括以下步驟: 假設天頂點在CXD圖像上的像點位于CXD圖像中心，即其圖像量度坐標為(O，O)； 利用以下公式分別計算CXD圖像中心對應的理想坐標及赤道坐標；

9.如權利要求3所述的使用CCD天頂望遠鏡進行地面快速天文定位的方法，其中望遠鏡傾斜改正包括: 根據兩次觀測時刻的傾斜儀數據計算儀器傾斜值；
【文檔編號】G01C21/02GK103837150SQ201410099959
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】王博, 田立麗, 王政, 韓延本, 王紅旗, 尹志強, 劉衛東, 喬琪源 申請人:中國科學院國家天文臺