專利名稱：空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法，特別是一種空間目標(biāo)的精確測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
在科研、軍事等許多領(lǐng)域中，都需要對(duì)空間目標(biāo)的進(jìn)行監(jiān)視，從而給出空間目標(biāo)每一瞬間在天空中的位置及其變化，確定空間目標(biāo)的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道，從而獲取空間目標(biāo)精確的信息(軌道特征，物理構(gòu)形和目的)。
現(xiàn)有技術(shù)采用軸系定位的方式對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行定位，其方法包括以下步驟采集CCD圖像、望遠(yuǎn)鏡的指向及GPS時(shí)間，計(jì)算空間目標(biāo)在CCD圖像上的位置，合成空間目標(biāo)的位置。由于這種空間目標(biāo)定位方式是一種絕對(duì)定位方式，定位精度受到一系列的因素影響，包括望遠(yuǎn)鏡置平及南北指向誤差、CCD視場(chǎng)中心和光軸中心偏差、碼盤安裝誤差、CCD象元當(dāng)量不準(zhǔn)引起的誤差、大氣折射改正不嚴(yán)格引起的誤差和測(cè)站坐標(biāo)的數(shù)據(jù)不正確引起的誤差。由于軸系定位受到一系列因素的影響，所以軸系定位的結(jié)果具有穩(wěn)定性低、精度低等特點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)精密測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種全新的空間目標(biāo)的精確測(cè)定方法，使得空間目標(biāo)的測(cè)量結(jié)果的精度優(yōu)于系統(tǒng)空間分辨率的1/2(若系統(tǒng)空間分辨率為5角秒，則系統(tǒng)的測(cè)量精度優(yōu)于2.5角秒)。在天球坐標(biāo)系(J2000.0)中的平赤道、平春分點(diǎn)坐標(biāo)下，平赤經(jīng)和平赤緯，對(duì)于每個(gè)測(cè)站，觀測(cè)的不同時(shí)間，均屬于一個(gè)非常穩(wěn)定的坐標(biāo)系；定位的精度，不受望遠(yuǎn)鏡軸系誤差和大氣折射改正誤差的影響。
完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法，包括以下工作步驟圖象采集分系統(tǒng)采集空間目標(biāo)及背景恒星的圖像；伺服控制分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供碼盤讀數(shù)；GPS時(shí)間分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供時(shí)間信息；根據(jù)上述三項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)按照傳統(tǒng)天文學(xué)理論和使用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法，采用分區(qū)檢索出CCD圖像中背景恒星的理論坐標(biāo)和逆向匹配法，實(shí)時(shí)獲取CCD圖像中背景恒星對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)，從而解算出CCD圖像的底片常數(shù)，根據(jù)空間目標(biāo)在CCD圖像上的坐標(biāo)給出空間目標(biāo)的精確定位結(jié)果。
更優(yōu)化和更具體地說，以上各步驟包括1、圖象采集分系統(tǒng)采集空間目標(biāo)及背景恒星的圖像確定采集圖像的頻率(例如5HZ)后，圖像采集分系統(tǒng)每隔一段預(yù)定的時(shí)間(例如200毫秒)對(duì)CCD進(jìn)行初始化后，CCD開始按照設(shè)定的時(shí)間曝光，并給出曝光開始信號(hào)，曝光結(jié)束后，將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存指定的緩沖區(qū)中，采集圖像結(jié)束；2、伺服控制分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供碼盤讀數(shù)伺服控制分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD曝光開始信號(hào)，當(dāng)CCD曝光開始信號(hào)到來時(shí)，給計(jì)算機(jī)提供對(duì)應(yīng)時(shí)刻的碼盤讀數(shù)；
3、GPS時(shí)間分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供時(shí)間信息GPS時(shí)間分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD曝光開始信號(hào)，當(dāng)CCD曝光開始信號(hào)到來時(shí)，給計(jì)算機(jī)提供對(duì)應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間信息，包括年月日時(shí)分秒毫秒(準(zhǔn)確到0.1毫秒)；4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述三項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，給出空間目標(biāo)的精確定位結(jié)果。步驟1到步驟3實(shí)現(xiàn)CCD圖像、編碼器的讀數(shù)和時(shí)間一一對(duì)應(yīng)。
上述計(jì)算結(jié)果可以通過顯示系統(tǒng)顯示出來。這里所說的″光學(xué)成像系統(tǒng)″包括光學(xué)系統(tǒng)和電荷耦合器件CCD，空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法的定位精度和CCD的圖像上每一個(gè)象素對(duì)應(yīng)的空間分辨率相關(guān)。
本發(fā)明提供了一種全新的空間目標(biāo)的精確測(cè)定方法，可以不受望遠(yuǎn)鏡置平及南北指向誤差、CCD視場(chǎng)中心和光軸中心偏差、碼盤安裝誤差、CCD象元當(dāng)量不準(zhǔn)引起的誤差、大氣折射改正不嚴(yán)格引起的誤差和測(cè)站坐標(biāo)的數(shù)據(jù)不正確引起的誤差的影響。測(cè)量結(jié)果是在天球坐標(biāo)系(J2000.0)中的平赤道、平春分點(diǎn)坐標(biāo)下，平赤經(jīng)和平赤緯，對(duì)于每個(gè)測(cè)站，觀測(cè)的不同時(shí)間，均屬于一個(gè)非常穩(wěn)定的坐標(biāo)系；定位的精度，不受望遠(yuǎn)鏡軸系誤差和大氣折射改正誤差的影響，具有穩(wěn)定性好、精度高優(yōu)點(diǎn)。其方便程度與精確程度都能滿足現(xiàn)代科研、軍事等領(lǐng)域的需要。


圖1為各裝置組合成本發(fā)明設(shè)備系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法的裝置，參照?qǐng)D1。包括以下工作步驟
1、圖象采集分系統(tǒng)采集空間目標(biāo)及背景恒星的圖像，確定采集圖像的頻率(例如5HZ)后，圖像采集分系統(tǒng)每隔一段預(yù)定的時(shí)間(例如200毫秒)對(duì)CCD進(jìn)行初始化后，CCD開始按照設(shè)定的時(shí)間曝光，并給出曝光開始信號(hào)，曝光結(jié)束后，將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存指定的緩沖區(qū)中，采集圖像結(jié)束；2、伺服控制分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供碼盤讀數(shù)；伺服控制分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD曝光開始信號(hào)，當(dāng)CCD曝光開始信號(hào)到來時(shí)，給計(jì)算機(jī)提供對(duì)應(yīng)時(shí)刻的碼盤讀數(shù)；3、GPS時(shí)間分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供時(shí)間信息；GPS時(shí)間分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD曝光開始信號(hào)，當(dāng)CCD曝光開始信號(hào)到來時(shí)，給計(jì)算機(jī)提供對(duì)應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間信息，包括年月日時(shí)分秒毫秒(準(zhǔn)確到0.1毫秒)4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述三項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，給出空間目標(biāo)的精確定位結(jié)果，精度優(yōu)于2.5角秒。
步驟1到步驟3實(shí)現(xiàn)CCD圖像、編碼器的讀數(shù)和時(shí)間一一對(duì)應(yīng)。
上述的計(jì)算機(jī)進(jìn)行天文定位歸算步驟依次如下觀測(cè)初始化，恒星星表中提供的恒星的平位置所處的坐標(biāo)系是J2000.0、平赤道和平春分點(diǎn)下的坐標(biāo)系，將恒星星表中的所有恒星經(jīng)過自行改正和周年光行差兩項(xiàng)改正歸算到歷元視位置(α，δ)，此處沒有進(jìn)行光線偏轉(zhuǎn)改正，因?yàn)楣饩€偏轉(zhuǎn)對(duì)定位精度影響可以忽略。沒有進(jìn)行大氣折射改正，忽略大氣折射交叉對(duì)定位精度的影響。經(jīng)過自行改正、周年光行差、歲差改正和章動(dòng)四項(xiàng)改正歸算到瞬時(shí)視位置(α，δ)，此處沒有進(jìn)行光線偏轉(zhuǎn)改正，忽略光線偏轉(zhuǎn)對(duì)定位精度影響；采集CCD圖像、對(duì)應(yīng)的時(shí)間t(世界時(shí))和望遠(yuǎn)鏡的指向(A，E)；利用時(shí)間和望遠(yuǎn)鏡的指向，經(jīng)過恒星時(shí)、大氣折射和周日光行差三項(xiàng)改正，歸算到瞬時(shí)視位置，搜索觀測(cè)視場(chǎng)中恒星的歷元視位置(α，δ)和瞬時(shí)視位置(α，δ)；歷元視位置(α，δ)用于計(jì)算恒星的理想坐標(biāo)；瞬時(shí)視位置(α，δ)用于計(jì)算恒星的在CCD圖像上的理論坐標(biāo)(X，Y)；在恒星的理論坐標(biāo)(X，Y)的附近的小區(qū)域計(jì)算星象重心，使得恒星的測(cè)量坐標(biāo)(x，y)和理想坐標(biāo)(ξ，η)一一對(duì)應(yīng)；根據(jù)恒星的個(gè)數(shù)采用不同底片模型，計(jì)算底片模型的系數(shù)。
根據(jù)目標(biāo)的在CCD圖像上的測(cè)量坐標(biāo)(xs，ys)，計(jì)算目標(biāo)的理想坐標(biāo)(ξs，ηs)，根據(jù)目標(biāo)理想坐標(biāo)(ξs，ηs)，計(jì)算目標(biāo)的平赤經(jīng)和平赤緯(αs，δs)。
上述計(jì)算結(jié)果可以通過顯示系統(tǒng)顯示出來。這里所說的“光學(xué)成像系統(tǒng)”包括光學(xué)系統(tǒng)和電荷耦合器件CCD，空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法的定位精度和CCD的圖像上每一個(gè)象素對(duì)應(yīng)的空間分辨率相關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法，包括以下工作步驟圖象采集分系統(tǒng)采集空間目標(biāo)及背景恒星的圖像；伺服控制分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供碼盤讀數(shù)；GPS時(shí)間分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供時(shí)間信息；天文定位軟件系統(tǒng)根據(jù)上述三項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，給出空間目標(biāo)的精確定位結(jié)果。
2.按照權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法，其特征在于，具體步驟包括圖象采集分系統(tǒng)采集空間目標(biāo)及背景恒星的圖像，確定采集圖像的頻率后，圖像采集分系統(tǒng)每隔一段預(yù)定的時(shí)間對(duì)CCD進(jìn)行初始化后，CCD開始按照設(shè)定的時(shí)間曝光，并給出曝光開始信號(hào)，曝光結(jié)束后，將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存指定的緩沖區(qū)中，采集圖像結(jié)束；伺服控制分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供碼盤讀數(shù)；伺服控制分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD曝光開始信號(hào)，當(dāng)CCD曝光開始信號(hào)到來時(shí)，給計(jì)算機(jī)提供對(duì)應(yīng)時(shí)刻的碼盤讀數(shù)；GPS時(shí)間分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供時(shí)間信息；GPS時(shí)間分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CCD曝光開始信號(hào)，當(dāng)CCD曝光開始信號(hào)到來時(shí)，給計(jì)算機(jī)提供對(duì)應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間信息，包括年月日時(shí)分秒毫秒；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上述三項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，給出空間目標(biāo)的精確定位結(jié)果。步驟1到步驟3實(shí)現(xiàn)CCD圖像、編碼器的讀數(shù)和時(shí)間一一對(duì)應(yīng)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法，其特征在于，還設(shè)有以下步驟計(jì)算結(jié)果通過顯示系統(tǒng)顯示出來。
全文摘要
空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位方法，包括以下工作步驟圖象采集分系統(tǒng)采集空間目標(biāo)及背景恒星的圖像；伺服控制分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供碼盤讀數(shù)；GPS時(shí)間分系統(tǒng)給計(jì)算機(jī)提供時(shí)間信息；天文定位軟件系統(tǒng)根據(jù)上述三項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，給出空間目標(biāo)的精確定位結(jié)果。本發(fā)明的空間目標(biāo)實(shí)時(shí)天文定位定方法不受望遠(yuǎn)鏡置平及南北指向誤差、CCD視場(chǎng)中心和光軸中心偏差、碼盤安裝誤差、CCD象元當(dāng)量不準(zhǔn)引起的誤差、大氣折射改正不嚴(yán)格引起的誤差和測(cè)站坐標(biāo)的數(shù)據(jù)不正確引起的誤差的影響，提高了定位穩(wěn)定性和精度。其方便程度與精確程度都能滿足現(xiàn)代科研、軍事等領(lǐng)域的需要。
文檔編號(hào)G01B11/03GK1710377SQ200510040409
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者魯春林, 張曉祥, 顧光德 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)