專利名稱：天文經(jīng)緯儀方位碼盤刻劃改正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天體測(cè)量誤差改正技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種角度編碼器刻劃誤差的測(cè)量與改正。
背景技術(shù)：
角度測(cè)量的方法多種多樣，大致可以分為機(jī)械法(如多齒分度盤、杠桿法)、電磁法(如圓磁柵測(cè)角、圓感應(yīng)同步器)和光電法(如光學(xué)分度頭、度盤、正多面棱體測(cè)角、碼盤測(cè)角、光柵測(cè)角、環(huán)形激光測(cè)角、激光干涉測(cè)角)等。在直徑35公分的碼盤上，要求測(cè)量精度達(dá)到O. 01角秒，目前尚遠(yuǎn)未做到。機(jī)械法以多齒分度盤為代表，采用高精度齒輪作為分度依據(jù)，而且可以通過差動(dòng)的方式提高分辨率和精度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是精度較穩(wěn)定，整周測(cè)量精度較高；其缺點(diǎn)是精度 達(dá)到O. I角秒后很難再繼續(xù)提高，這主要是由于多層差動(dòng)累加時(shí)各層同心誤差要求極高難以達(dá)到。此外儀器設(shè)備笨重，操作要求極高。電磁法以圓感應(yīng)同步器為代表，采用電磁感應(yīng)將角位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方式進(jìn)行角度測(cè)量，精度可以達(dá)到O. 5角秒。該方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求較低，可用于機(jī)床等惡劣條件；缺點(diǎn)是存在漂移，抗干擾較差以及壽命較短。目前，此方法的測(cè)量精度也很難達(dá)到O. 01角秒。光電法中類型較多，精度相對(duì)較高。圓光柵采用在玻璃圓盤的圓平面上刻制徑向光柵或切向光柵以之與指示光柵產(chǎn)生莫爾條紋的方法測(cè)量角度。該方法一般可達(dá)到約O. 2角秒的整周精度，最高可達(dá)O. 05角秒，但高精度的圓光柵極難制得，價(jià)格昂貴，更重要的是遠(yuǎn)未達(dá)到在每一角度上的測(cè)量精度都是O. 01角秒的要求。環(huán)光柵是在一個(gè)鋼環(huán)的圓柱面上刻制柵線，以之與指示光柵產(chǎn)生莫爾條紋測(cè)量角度。屬于光柵式精密測(cè)角器件，具有非接觸式測(cè)量、安裝方便、數(shù)字化讀數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。該器件的精度與圓光柵相近。環(huán)形激光測(cè)角采用激光陀螺原理測(cè)出角速度，進(jìn)而獲得轉(zhuǎn)動(dòng)角度。該方法可達(dá)到O. I角秒的測(cè)量精度，但該方法技術(shù)難度很大，只有少數(shù)國(guó)家掌握，而且技術(shù)尚未成熟。激光干涉測(cè)角是利用干涉的辦法，將小角度轉(zhuǎn)化為干涉條紋的移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)測(cè)角。這一方法的精度目前最高，國(guó)外有研究報(bào)道可達(dá)到O. 002角秒的靈敏度，但這僅限于小角度的測(cè)量，其整周測(cè)量的精度一般約為O. I角秒，最高可達(dá)O. 04角秒，但儀器相當(dāng)復(fù)雜昂貴，僅一臺(tái)商品化的激光干涉儀就需要上百萬元，更遑論高精密測(cè)量以及所需的相關(guān)設(shè)施了。目前常用的角度編碼器有度盤、碼盤、圓感應(yīng)同步器、圓光柵、環(huán)光柵等。多功能天文經(jīng)緯儀采用了英國(guó)雷尼紹公司的環(huán)光柵進(jìn)行角度測(cè)量。由于費(fèi)用以及技術(shù)壁壘等原因，所選的器件具有約O. 8角秒的刻劃誤差(該公司所提供的最好的環(huán)光柵產(chǎn)品仍存在O. 5角秒的刻劃誤差)，這使得多功能天文經(jīng)緯儀(樣機(jī))的觀測(cè)精度受到了影響。因此必須采用天文方法，對(duì)該器件的刻劃誤差進(jìn)行精確測(cè)定和改正。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有天文經(jīng)緯儀的方位碼盤存在刻劃誤差，影響觀測(cè)精度的問題，本發(fā)明提供一種天文經(jīng)緯儀方位碼盤刻劃改正方法，其技術(shù)方案如下天文經(jīng)緯儀方位碼盤刻劃改正方法，包括以下順序步驟步驟I:安裝設(shè)備在沿經(jīng)緯儀的方位碼盤外周的上盤上安裝四個(gè)呈對(duì)徑正交分布的讀數(shù)頭，相鄰兩讀數(shù)頭之間的夾角為90°，所述方位碼盤為環(huán)光柵角度編碼器，所述上盤安裝在經(jīng)緯儀的方位軸端上；所述經(jīng)緯儀包括經(jīng)緯座和安裝在經(jīng)緯座上的望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的后端安裝有帶CCD照相機(jī)的測(cè)微儀；選取若干顆待測(cè)恒星i，對(duì)每顆待測(cè)恒星i按以下步驟2至步驟6進(jìn)行觀測(cè)和計(jì)算；步驟2 :獲取待測(cè)恒星i的星過記錄時(shí)刻初值tQ 選擇其中一個(gè)待測(cè)恒星i，先將經(jīng)緯儀的方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A，在待測(cè)恒星i星像通過經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中垂線之前12秒鐘時(shí)刻，先用CXD照相機(jī)對(duì)待測(cè)恒星i星像露光6秒鐘，接著用12秒鐘時(shí)間將經(jīng)緯儀的經(jīng)緯座的繞方位軸旋轉(zhuǎn)，使方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A+180。，并將望遠(yuǎn)鏡繞水平軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度為待測(cè)恒星i的天頂距的兩倍角度，使望遠(yuǎn)鏡再次指向該待測(cè)恒星i并露光6秒鐘，通過以下公式計(jì)算待測(cè)恒星i的星過記錄初值tQ t0 = (t⑷+t(A+180 )) /2+ Δ X · k/cos δ ；上式中，t(A)代表方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A時(shí)待測(cè)恒星i的的星像露光時(shí)刻，t(A’A+18(")代表方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A+180。時(shí)待測(cè)恒星i的的星像露光時(shí)刻，Λ X代表方位碼盤分別旋轉(zhuǎn)至方位角A和Α+180。時(shí)待測(cè)恒星i在CXD照相機(jī)靶面上的星像位置之差，k代表主光路系統(tǒng)的C⑶照相機(jī)的象元比例尺，k = O" .4415/pixel, δ代表待測(cè)恒星i的視赤諱;步驟3 :通過以下公式計(jì)算理論星過時(shí)刻h
權(quán)利要求
1 天文經(jīng)緯儀方位碼盤刻劃改正方法，其特征在于包括以下順序步驟 步驟I:安裝設(shè)備 在沿經(jīng)緯儀的方位碼盤外周的上盤上安裝四個(gè)呈對(duì)徑正交分布的讀數(shù)頭，相鄰兩讀數(shù)頭之間的夾角為90°，所述方位碼盤為環(huán)光柵角度編碼器，所述上盤安裝在經(jīng)緯儀的方位軸端上；所述經(jīng)緯儀包括經(jīng)緯座和安裝在經(jīng)緯座上的望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的后端安裝有帶CCD照相機(jī)的測(cè)微儀； 選取若干顆待測(cè)恒星i，對(duì)每顆待測(cè)恒星i按以下步驟2至步驟6進(jìn)行觀測(cè)和計(jì)算； 步驟2 :獲取待測(cè)恒星i的星過記錄時(shí)刻初值h 選擇其中一個(gè)待測(cè)恒星i，先將經(jīng)緯儀的方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A，在待測(cè)恒星i星像通過經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中垂線之前12秒鐘時(shí)刻，先用CXD照相機(jī)對(duì)待測(cè)恒星i星像露光6秒鐘，接著用12秒鐘時(shí)間將經(jīng)緯儀的經(jīng)緯座繞其方位軸旋轉(zhuǎn)，使方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A+180。，并將望遠(yuǎn)鏡繞水平軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度為待測(cè)恒星i的天頂距的兩倍角度，使望遠(yuǎn)鏡再次指向該待測(cè)恒星i并露光6秒鐘，通過以下公式計(jì)算待測(cè)恒星i的星過記錄初值lO·t0 = (t ⑷+t(A+18° ))/2+Δ X · k/cos δ ； 上式中，t(A)代表方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A時(shí)待測(cè)恒星i的的星像露光時(shí)刻，t(A’A+18cr )代表方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A+180。時(shí)待測(cè)恒星i的的星像露光時(shí)刻，ΛΧ代表方位碼盤分別旋轉(zhuǎn)至方位角A和Α+180。時(shí)待測(cè)恒星i在CXD照相機(jī)靶面上的星像位置之差，k代表主光路系統(tǒng)的CCD照相機(jī)的象元比例尺，δ代表待測(cè)恒星i的視赤緯； 步驟3 :通過以下公式計(jì)算理論星過時(shí)刻h — CL Λ-12% cos φ sin q - cos δ si n A 上式中，t2 = arctan(-): cosi^ si nr/ cos/ -cos^ sin ^ cos、sin A cos φ 上式中,g = arcsin(-)； cos S 上述公式中，α代表待測(cè)恒星i的視赤經(jīng)，t2代表赤經(jīng)圈與子午圈之間的夾角，即時(shí)角，q代表待測(cè)恒星i的赤經(jīng)圈與方位角A的地平經(jīng)圈之間的所構(gòu)成的星位角，供代表本地緯度采用值，S代表待測(cè)恒星i的視赤緯； 步驟4 :通過以下公式計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的實(shí)際方位相對(duì)于標(biāo)稱方位的偏差ΛΑ Δ A = -cos δ cosq cscz Δ t ；· 上式中，δ代表待測(cè)恒星i的視赤緯，q代表待測(cè)恒星i的赤經(jīng)圈與方位角A的地平經(jīng)圈之間所構(gòu)成的星位角，z代表待測(cè)恒星i的天頂距； 上式中，At = tg-ti ； 步驟5:通過以下公式計(jì)算轉(zhuǎn)軸前后觀測(cè)時(shí)的方位碼盤讀數(shù)的平均值Θ : Θ = ( Θ ⑷ + Θ (A+18CI。)-180。) /2 ； 上式中，Θ (A)代表方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A時(shí)，方位碼盤外周的四個(gè)讀數(shù)頭讀數(shù)的平均值，Θ(Α+18°。)代表方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角Α+180。時(shí)，方位碼盤外周的四個(gè)讀數(shù)頭讀數(shù)的平均值；步驟6:將步驟4中的Λ A和步驟5中的Θ代入以下公式，計(jì)算方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A時(shí)，方位碼盤的修正讀數(shù)Ai Ai = Δ A+ Θ ； 步驟7 :取所有待測(cè)恒星i的Ai值的算術(shù)平均值，即得到所述經(jīng)緯儀在方位碼盤旋轉(zhuǎn)至方位角A時(shí)，方位碼盤的修正讀數(shù)A00。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天文經(jīng)緯儀方位碼盤刻劃改正方法，其特征在于 所述的方位角A為45°、90°或135°。
全文摘要
天文經(jīng)緯儀方位碼盤刻劃改正方法，屬于天體測(cè)量誤差改正技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有經(jīng)緯儀方位碼盤存在刻劃誤差，影響觀測(cè)精度的問題，包括以下步驟步驟1.在沿經(jīng)緯儀的方位碼盤外周安裝四個(gè)呈對(duì)徑正交分布的讀數(shù)頭；選取若干顆待測(cè)恒星，對(duì)每顆待測(cè)恒星按步驟2-6進(jìn)行觀測(cè)和計(jì)算；步驟2.獲取待測(cè)恒星的星過記錄時(shí)刻初值；步驟3.計(jì)算理論星過時(shí)刻；步驟4.計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的實(shí)際方位相對(duì)于標(biāo)稱方位的偏差；步驟5.計(jì)算轉(zhuǎn)軸前后觀測(cè)時(shí)的方位碼盤讀數(shù)的平均值；步驟6.計(jì)算方位碼盤的修正讀數(shù)；步驟7.取所有待測(cè)恒星的值的算術(shù)平均值，得到方位碼盤的修正讀數(shù)。本發(fā)明方法可對(duì)方位碼盤刻劃誤差進(jìn)行改正，提高了儀器觀測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102879012SQ201210366480
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者程向明, 蘇婕, 陳林飛, 楊磊, 王建成, 李彬華, 張益恭, 冒蔚, 鐵瓊仙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)